MPU9250_WE库详解

MPU9250_WE库

https://docs.arduino.cc/libraries/mpu9250_we/

https://github.com/wollewald/MPU9250_WE

三款MPU6050、MPU6500、MPU9250陀螺仪

其初始化以及函数应用方法基本一致，创建初始化对象名称有所差异

初始化相关函数

用于初始化传感器。该函数会尝试与传感器建立通信，并进行必要的设置。

1. 使用 I2C 通信，默认Wire对象
MPU6500_WE(uint8_t const addr);

#include "MPU6500_WE.h"
// 创建MPU6500对象，I2C地址为0x68
MPU6500_WE mpu(0x68);



2.使用指定的TwoWire对象和 I2C 地址
MPU6500_WE(TwoWire * const w = &Wire, uint8_t const addr = 0x68);

#include "MPU6500_WE.h"
#include 

// 创建MPU6500对象，使用Wire对象进行I2C通信，I2C地址为0x68
MPU6500_WE mpu(&Wire, 0x68);



3.使用 SPI 通信，指定SPIClass对象、片选引脚、是否使用 SPI 以及 SPI 引脚是否改变
MPU6500_WE(SPIClass * const s, int const cs, bool spi, bool pc = false);

#include "MPU6500_WE.h"
#include 

// 创建MPU6500对象，使用SPI通信，片选引脚为10
MPU6500_WE mpu(&SPI, 10, true);


4. 使用 SPI 通信，指定SPIClass对象、片选引脚、MOSI 引脚、MISO 引脚、SCK 引脚、是否使用 SPI 以及 SPI 引脚是否改变
    
MPU6500_WE(SPIClass * const s, int const cs, int mosi, int miso, int sck, bool spi, bool pc = true);

#include "MPU6500_WE.h"
#include 

// 创建MPU6500对象，使用SPI通信，片选引脚为10，MOSI引脚为11，MISO引脚为12，SCK引脚为13
MPU6500_WE mpu(&SPI, 10, 11, 12, 13, true);

init()

bool MPU6500_WE::init()
mpu.init();
//在默认情况下使用，它会自动使用预定义的 WHO_AM_I_CODE 常量。


bool MPU6500_WE::init(uint8_t const expectedValue);
//expectedValue：这是一个 uint8_t 类型的常量参数，它代表的是传感器 WHO_AM_I 寄存器的期望值。这个值的作用是用来验证传感器的身份。    
mpu.init(MPU6500_WHO_AM_I_CODE);
//调用 mpu.init(MPU6500_WHO_AM_I_CODE) 对 MPU6500 传感器进行初始化。
//若初始化成功，init() 函数会返回 true，并在串口监视器输出 "MPU6500 initialized successfully!"。
//若初始化失败，init() 函数会返回 false，并在串口监视器输出 "MPU6500 initialization failed!"。
    

传感器配置

以下这些函数并不是必须全部配置的，具体是否需要配置取决于你的应用场景和需求。

MPU6500.autoOffsets();

这个函数用于自动计算并设置加速度计和陀螺仪的偏移量，以校准传感器的输出。

• 是否必须：不是必须的。如果你的应用对传感器数据的精度要求不高，或者传感器本身的偏移量较小，不调用这个函数也可以正常使用。但如果需要高精度的数据，特别是在传感器安装位置或环境发生变化时，建议调用该函数进行校准。

MPU6500.enableGyrDLPF();

此函数用于启用陀螺仪的数字低通滤波器（DLPF）。

• 是否必须：不是必须的。低通滤波器可以减少高频噪声的影响，但如果你的应用场景中噪声不是主要问题，或者你希望获得更高的响应速度，可以不启用该滤波器。

MPU6500.setGyrDLPF(MPU6500_DLPF_6);

该函数用于设置陀螺仪的数字低通滤波器（DLPF）的截止频率。

• 是否必须：不是必须的。只有在启用了陀螺仪的 DLPF 后，这个函数才有意义。你可以根据实际需求选择合适的截止频率，如果不设置，传感器可能会使用默认的截止频率。

MPU6500.setSampleRateDivider(5);

此函数用于设置传感器的采样率分频器。

• 是否必须：不是必须的。采样率分频器决定了传感器的采样频率，你可以根据应用的需求来调整采样频率。如果不设置，传感器可能会使用默认的采样频率。

MPU6500.setGyrRange(MPU6500_GYRO_RANGE_250);

该函数用于设置陀螺仪的量程。

• 是否必须：不是必须的。陀螺仪的量程决定了其能够测量的最大角速度范围。你需要根据应用中可能出现的角速度大小来选择合适的量程。如果不设置，传感器可能会使用默认的量程。

MPU6500.setAccRange(MPU6500_ACC_RANGE_2G);

此函数用于设置加速度计的量程。

• 是否必须：不是必须的。加速度计的量程决定了其能够测量的最大加速度范围。你需要根据应用中可能出现的加速度大小来选择合适的量程。如果不设置，传感器可能会使用默认的量程。

MPU6500.enableAccDLPF(true);

该函数用于启用或禁用加速度计的数字低通滤波器（DLPF）。

• 是否必须：不是必须的。与陀螺仪的 DLPF 类似，加速度计的 DLPF 可以减少高频噪声的影响。如果你的应用场景中噪声不是主要问题，或者你希望获得更高的响应速度，可以不启用该滤波器。

MPU6500.setAccDLPF(MPU6500_DLPF_6);

此函数用于设置加速度计的数字低通滤波器（DLPF）的截止频率。

• 是否必须：不是必须的。只有在启用了加速度计的 DLPF 后，这个函数才有意义。你可以根据实际需求选择合适的截止频率，如果不设置，传感器可能会使用默认的截止频率。

MPU9250.setMagOpMode(AK8963_CONT_MODE_100HZ);

设置 MPU9250 传感器中磁力计（AK8963）的工作模式为连续测量模式，且测量频率为 100Hz。

数据读取函数

getAccRawValues()、 getGValues()

• getAccRawValues()：返回加速度计的原始输出数据，这些数据未经转换，是硬件层面的原始数值。
• getGValues()：返回经过处理和转换后的加速度值，单位为重力加速度 g，能更直观地反映实际的物理加速度。

getGyrRawValues()、 getGyrValues()

• getGyrRawValues()：返回陀螺仪的原始数据，适合需要对原始信号进行深入分析或自定义处理的场景。
• getGyrValues()：返回经过处理和校准后的陀螺仪数据，单位通常为度每秒（°/s），适合直接用于姿态解算、运动控制等应用开发。

getMagValues()

从磁力计中读取 x、y、z 三个方向的磁场强度数据，并将这些数据封装在 xyzFloat 对象中返回。

getTemperature()

用于获取传感器的温度值，返回一个浮点型的温度值。

角度

getAngles()

用于获取传感器在 x、y、z 三个轴上的角度数据。根据陀螺仪和加速度计的数据，通过一定的算法（如互补滤波、卡尔曼滤波等）计算出传感器在三个轴上的角度数据。

xyzFloat angles = myMPU9250.getAngles();
  
/* This method provides quite precise values for x/y 
   angles up 60°. */
  Serial.print("Angle x = ");
  Serial.print(angles.x);
  Serial.print("  |  Angle y = ");
  Serial.print(angles.y);
  Serial.print("  |  Angle z = ");
  Serial.println(angles.z);

getOrientation()、getOrientationAsString

首先调用 getAngles() 方法获取传感器在 x、y、z 三个轴上的角度值，接着依据这些角度值来判断传感器的方向状态，并将结果存储在 MPU9250_orientation 枚举类型的变量 orientation 中，最后返回该变量。

MPU9250_orientation MPU6500_WE::getOrientation(){
    xyzFloat angleVal = getAngles();
    MPU9250_orientation orientation = MPU9250_FLAT;
    if(abs(angleVal.x) < 45){      // |x| < 45
        if(abs(angleVal.y) < 45){      // |y| < 45
            if(angleVal.z > 0){          //  z  > 0
                orientation = MPU9250_FLAT;
            }
            else{                        //  z  < 0
                orientation = MPU9250_FLAT_1;
            }
        }
        else{                         // |y| > 45
            if(angleVal.y > 0){         //  y  > 0
                orientation = MPU9250_XY;
            }
            else{                       //  y  < 0
                orientation = MPU9250_XY_1;
            }
        }
    }
    else{                           // |x| >= 45
        if(angleVal.x > 0){           //  x  >  0
            orientation = MPU9250_YX;
        }
        else{                       //  x  <  0
            orientation = MPU9250_YX_1;
        }
    }
    return orientation;
}

根据角度值判断方向状态：

• 当 |x| < 45 时：

  • 若 |y| < 45：
    • 当 z > 0 时，方向状态为 MPU9250_FLAT。
    • 当 z < 0 时，方向状态为 MPU9250_FLAT_1。
  • 若 |y| > 45：
    • 当 y > 0 时，方向状态为 MPU9250_XY。
    • 当 y < 0 时，方向状态为 MPU9250_XY_1。

• 当 |x| >= 45 时：

  • 当 x > 0 时，方向状态为 MPU9250_YX。
  • 当 x < 0 时，方向状态为 MPU9250_YX_1。

• getOrientation() 返回枚举类型，适用于代码内部的逻辑判断。

• getOrientationAsString() 返回字符串类型，适用于显示和记录，能为用户提供更直观的方向状态信息。

getResultantG(gValue)

函数的作用是计算并返回三个轴（x, y, z）上重力加速度分量的合加速度（即合重力）。在三维空间中，根据勾股定理的扩展形式，合加速度可以通过三个轴上加速度分量的平方和的平方根来计算。

xyzFloat gValue = myMPU9250.getGValues();
float resultantG = myMPU9250.getResultantG(gValue);

在航空航天和机器人领域，通常使用欧拉角（Euler angles）来描述物体在三维空间中的姿态，欧拉角包含横滚（Roll）、俯仰（Pitch）和偏航（Yaw）三个角度：

• 横滚（Roll）：指的是飞行器绕自身纵轴（从机头到机尾的轴）的旋转角度。当飞行器向一侧倾斜时，就产生了横滚运动。
• 俯仰（Pitch）：是飞行器绕横轴（从机翼一侧到另一侧的轴）的旋转角度。当飞行器机头向上或向下时，就发生了俯仰运动。
• 偏航（Yaw）：表示飞行器绕竖轴（垂直于机身平面的轴）的旋转角度，即飞行器的转向。

getPitch()

float MPU6500_WE::getPitch(){
    xyzFloat angleVal = getAngles();
    float pitch = (atan2(-angleVal.x, sqrt(abs((angleVal.y*angleVal.y + angleVal.z*angleVal.z))))*180.0)/M_PI;
    return pitch;
}


float pitch = myMPU9250.getPitch();

getRoll()

<