- micro-python:一阶互补滤波&四元数法 代码
2.系统方案
2.1.组成
2.2.供电部分
电池为14500锂电池， 容量1300mAh, 额定电压3.7V. 连接一个电池AMS1117降压电路, 得到稳定的3V3输出, 为后续系统供电.
2.3.树莓派pico
树莓派Pico是树莓派基金会自主研发的双核MCU:RP2040提供超低功耗和极低功耗I/O延迟，可用micro-python或者C语言编写程序。
RP2040 芯片是 7×7mm QFN-56 具体规格参数如下：
- 双核 Arm Cortex-M0 @ 133MHz
- 芯片内置 264KB SRAM 和 2MB 的板载闪存
- 通过专用 QSPI 总线支持最高 16MB 的片外闪存
- DMA 控制器
- 30 个 GPIO 引脚，其中 4 可用作模拟输入
- 2 个 UART、2 个 SPI 控制器和 2 个 I2C 控制器
- 16 个 PWM 通道
- USB 1.1 支持主机和设备
- 8 树莓派可编程 I/O（PIO）自定义外围设备支持状态机
- 支持 UF2 的 USB 大容量存储启动模式用于拖放式编程
2.4.蓝牙HC05模块
HC05模块是ALIENTEK高性能主从一体蓝牙串口模块支持非常宽的波特率范围：4800~1382400, 计算机、蓝牙主机、手机与各种蓝牙功能相同，PDA、PSP等待智能终端配对
2.5.姿态传感器mpu6050
InvenSense全球首个集成6轴运动处理组件，输出三轴加速度ax,ay,az以及三轴角速度gx,gy,gz,体积4x4x9mm,i2c通信，测量范围角速度±250，±500，±1000，±2000°/sec(dps),加速度±2g，±4g，±8g，±16g
2.6.一阶互补滤波
加速度计的特点是测量准确， 但易受噪声影响， 例如，当附近有电机旋转时， 加速输出值波动剧烈； 陀螺仪的特点是不受高频噪声的影响， 但是数值会有漂移， 时间越长, 误差越大.
| 传感器 | 加速度计 | 陀螺仪 |
|---|---|---|
| 高频振动噪声 | 敏感 | X |
| 低频漂移 | X | 漂移 |
两个传感器可以弥补相互的缺点，单纯用六轴传感器是无法准确获得的Yaw但在跌倒场景中，Yaw角并非特别重要.
比如对于pitch角度(绕y轴旋转角)由加速度计算(x轴转角度) a n g l e A y = a x a y 2 a z 2 angleAy=\frac{ax}{\sqrt{ay^2 az^2}} angleAy=ay2 az2 ax ,由陀螺仪计算得到的绕y轴角度 a n g l e G y = l a s t p i t c h + g y × d t angleGy=last_{pitch}+gy\times dt angleGy=lastpitch+gy×dt
定义k代表加速度计的权重,1-k即陀螺仪的权重,最终得到 p i t c h = k × a n g l e A y + ( 1 − k ) × a n g l e G y pitch=k\times angleAy+(1-k)\times angleGy pitch=k×angleAy+(1−k)×angleGy
此外还有其他方法可以得到三轴姿态角:
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四元数
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卡尔曼滤波
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数字运动处理器DMP
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MPU6050 抄底解读
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MPU6050 姿态解算系列一：加速度姿态解算
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MPU6050 姿态解算系列二：陀螺仪姿态解算
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MPU6050 姿态解算系列三：互补滤波
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MPU6050 姿态解算系列四：线性 Kalman 滤波
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micropython-mpu6050-esp8266
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MPU6050误差分析