M5ATOMS3基础02传感器MPU6886

zhangrelay

发布于 2023-07-27 21:10:05

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发布于 2023-07-27 21:10:05

简洁版本 MPU6886是一款6轴IMU单元，具有3轴重力加速度计和3轴陀螺仪。它采用16位ADC，内置可编程数字滤波器和片上温度传感器，并通过I2C接口（地址为0x68）与上位机通信。MPU6886支持低功耗模式，并具有高性能规格，包括陀螺仪灵敏度误差±1%、陀螺仪噪声±4 mdps/√Hz、加速度计噪声100 μg/√Hz等。此外，它还支持EIS同步，可以应用于可穿戴设备、运动跟踪、无人机姿态确定、智能手机和平板电脑、物联网应用、基于运动的游戏控制器，以及用于互联网连接的DTV和机顶盒、3D鼠标等领域。

详细介绍：

(MPU6886)6轴IMU单元是带有3轴重力加速度计和3轴陀螺仪的6轴姿态传感器，可以实时计算倾斜角度和加速度。该芯片采用mpu6886，具有16位ADC，内置可编程数字滤波器和片上温度传感器，采用I2C接口（addr：0x68）与上位机通信，并支持低功耗模式。

M5AtomS3官方示例代码：

/*
*******************************************************************************
* Copyright (c) 2021 by M5Stack
*                  Equipped with AtomS3 sample source code
*                          配套  AtomS3 示例源代码
* Visit for more information: https://docs.m5stack.com/en/core/AtomS3
* 获取更多资料请访问：https://docs.m5stack.com/zh_CN/core/AtomS3
*
* Describe: MPU6886.  姿态传感器示例
* Date: 2022/12/19
*******************************************************************************
*/
#include "M5AtomS3.h"

/* After AtomS3 is started or reset the program in the setUp ()
function will be run, and this part will only be run once.
在 AtomS3 启动或者复位后，即会开始执行setup()函数中的程序，该部分只会执行一次。
*/
void setup() {
    M5.begin(true, true, true,
             false);  // Init AtomS3(Initialize LCD, serial port).
                      // 初始化 AtomS3(初始化LCD、串口)
    M5.IMU.begin();   // Init IMU sensor.  初始化姿态传感器
    USBSerial.printf("whoAmI() = 0x%02x\n", M5.IMU.whoAmI());
}

/* After the program in setup() runs, it runs the program in loop()
The loop() function is an infinite loop in which the program runs repeatedly
在setup()函数中的程序执行完后，会接着执行loop()函数中的程序
loop()函数是一个死循环，其中的程序会不断的重复运行 */
float ax, ay, az, gx, gy, gz, t;
void loop() {
    M5.Lcd.setCursor(0, 40);
    M5.Lcd.clear();                  // Delay 100ms 延迟100ms
    M5.IMU.getAccel(&ax, &ay, &az);  // Read tri-axial accel 读取三轴加速度
    M5.IMU.getGyro(&gx, &gy, &gz);  // Read gyroscope data 读取陀螺仪数据
    M5.IMU.getTemp(&t);             // Read temperature data 读取温度数据
    USBSerial.printf("%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f\n", ax, ay, az, gx, gy, gz,
                     t);  // serial port output the formatted string.  串口输出
    M5.Lcd.printf("IMU:\r\n");
    M5.Lcd.printf("%0.2f %0.2f %0.2f\r\n", ax, ay, az);
    M5.Lcd.printf("%0.2f %0.2f %0.2f\r\n", gx, gy, gz);
    delay(500);
}

arduino中获取MPU6886常规代码如下：

#include <Wire.h>  
  
#define MPU6886_ADDRESS 0x68  
  
byte int16_array[14] ;  
float posture[3] ;  
  
void setup() {  
  Wire.begin();  
  Wire.beginTransmission(MPU6886_ADDRESS);  
  Wire.write(0x6B); // PWR_MGMT_1 register  
  Wire.write(0); // set to zero (reset)  
  Wire.endTransmission(false);  
  Serial.begin(9600);  
}  
  
void loop() {  
  Wire.beginTransmission(MPU6886_ADDRESS);  
  Wire.write(0x3B); // starting with register 0x3B (ACCEL_XOUT_H)  
  Wire.endTransmission(false);  
  
  Wire.requestFrom(MPU6886_ADDRESS, 14, true); // request 14 bytes of data  
  
  for (int i = 0; i < 14; i++) { // read data into array  
    int16_array[i] = Wire.read() << 8 | Wire.read();  
  }  
  
  posture[0] = (float)int16_array[0] / 16384.0; // convert x-axis acceleration data to float  
  posture[1] = (float)int16_array[1] / 16384.0; // convert y-axis acceleration data to float  
  posture[2] = (float)int16_array[2] / 16384.0; // convert z-axis acceleration data to float  
  
  Serial.print("Posture X: ");  
  Serial.print(posture[0]);  
  Serial.print(" | Y: ");  
  Serial.print(posture[1]);  
  Serial.print(" | Z: ");  
  Serial.println(posture[2]);  
  
  delay(100);  
}

这个示例代码通过I2C接口与MPU6886通信，并读取加速度和角速度数据，然后将其转换为浮点数并输出到串口监视器中。在设置中，通过Wire.beginTransmission()和Wire.endTransmission()函数设置MPU6886的地址，并将其重置为默认设置。在循环中，通过Wire.requestFrom()函数从MPU6886请求数据，并将其读取到一个字节数组中。然后，将加速度数据转换为浮点数，并将其存储在一个浮点数数组中，最后将数据输出到串口监视器中。在示例代码中，延迟100毫秒，以便以适当的速率读取传感器数据。

简要解析：

IMU

新代码如下：

    M5.IMU.getAccel(&ax, &ay, &az);  // Read tri-axial accel 读取三轴加速度
    M5.IMU.getGyro(&gx, &gy, &gz);  // Read gyroscope data 读取陀螺仪数据
    M5.IMU.getTemp(&t);             // Read temperature data 读取温度数据

具体如何实现？

MPU6886.h

#ifndef __MPU6886_H__
#define __MPU6886_H__

#include <Wire.h>

#define MPU6886_DEFAULT_ADDRESS 0x68

class MPU6886 {
   public:
    MPU6886(uint8_t deviceAddress = MPU6886_DEFAULT_ADDRESS,
            TwoWire& i2cPort      = Wire1);

    int begin(void);

    uint8_t whoAmI();

    void getAccel(float* ax, float* ay, float* az);
    void getGyro(float* gx, float* gy, float* gz);
    void getTemp(float* t);

   private:
    uint8_t readByte(uint8_t address);
    void writeByte(uint8_t address, uint8_t data);
    void bitOn(uint8_t address, uint8_t bit);
    void bitOff(uint8_t address, uint8_t bit);

    TwoWire* _i2cPort;
    int _deviceAddress;
};

#endif

MPU6886.c

#include "MPU6886.h"

MPU6886::MPU6886(uint8_t deviceAddress, TwoWire& i2cPort) {
    _deviceAddress = deviceAddress;
    _i2cPort       = &i2cPort;
}

uint8_t MPU6886::readByte(uint8_t address) {
    _i2cPort->beginTransmission(_deviceAddress);
    _i2cPort->write(address);
    _i2cPort->endTransmission();
    _i2cPort->requestFrom(_deviceAddress, 1);
    uint8_t val = _i2cPort->read();

    ESP_LOGD("MPU6886", "readByte(%02X) = %02X", address, val);
    return val;
}

void MPU6886::writeByte(uint8_t address, uint8_t data) {
    _i2cPort->beginTransmission(_deviceAddress);
    _i2cPort->write(address);
    _i2cPort->write(data);
    _i2cPort->endTransmission();
    ESP_LOGD("MPU6886", "writeByte(%02X) = %02X", address, data);
}

void MPU6886::bitOn(uint8_t address, uint8_t bit) {
    uint8_t add = address;
    uint8_t val = readByte(add) | bit;
    writeByte(add, val);
}

void MPU6886::bitOff(uint8_t address, uint8_t bit) {
    uint8_t add = address;
    uint8_t val = readByte(add) & ~bit;
    writeByte(add, val);
}

int MPU6886::begin(void) {
    // WHO_AM_I : IMU Check
    if (whoAmI() != 0x19) {
        return -1;
    }
    delay(1);

    // PWR_MGMT_1(0x6b)
    writeByte(0x6b, 0x00);
    delay(10);

    // PWR_MGMT_1(0x6b)
    writeByte(0x6b, 1 << 7);
    delay(10);

    // PWR_MGMT_1(0x6b)
    writeByte(0x6b, 1 << 0);
    delay(10);

    // ACCEL_CONFIG(0x1c) : +-8G
    writeByte(0x1c, 0x10);
    delay(1);

    // GYRO_CONFIG(0x1b) : +-2000dps
    writeByte(0x1b, 0x18);
    delay(1);

    // CONFIG(0x1a)
    writeByte(0x1a, 0x01);
    delay(1);

    // SMPLRT_DIV(0x19)
    writeByte(0x19, 0x05);
    delay(1);

    // INT_ENABLE(0x38)
    writeByte(0x38, 0x00);
    delay(1);

    // ACCEL_CONFIG 2(0x1d)
    writeByte(0x1d, 0x00);
    delay(1);

    // USER_CTRL(0x6a)
    writeByte(0x6a, 0x00);
    delay(1);

    // FIFO_EN(0x23)
    writeByte(0x23, 0x00);
    delay(1);

    // INT_PIN_CFG(0x37)
    writeByte(0x37, 0x22);
    delay(1);

    // INT_ENABLE(0x38)
    writeByte(0x38, 0x01);
    delay(100);

    return 0;
}

uint8_t MPU6886::whoAmI(void) {
    return readByte(0x75);
}

void MPU6886::getAccel(float* ax, float* ay, float* az) {
    float aRes = 8.0 / 32768.0;
    *ax        = (int16_t)((readByte(0x3b) << 8) | readByte(0x3c)) * aRes;
    *ay        = (int16_t)((readByte(0x3d) << 8) | readByte(0x3e)) * aRes;
    *az        = (int16_t)((readByte(0x3f) << 8) | readByte(0x40)) * aRes;
}

void MPU6886::getGyro(float* gx, float* gy, float* gz) {
    float gRes = 2000.0 / 32768.0;
    *gx        = (int16_t)((readByte(0x43) << 8) | readByte(0x44)) * gRes;
    *gy        = (int16_t)((readByte(0x45) << 8) | readByte(0x46)) * gRes;
    *gz        = (int16_t)((readByte(0x47) << 8) | readByte(0x48)) * gRes;
}

void MPU6886::getTemp(float* t) {
    *t = 25.0 + ((readByte(0x41) << 8) | readByte(0x42)) / 326.8;
}

都是一些固定流程。底层代码类似驱动，规范性是很重要的。

修改：

下段代码是一个使用ESP32-S3开发板的程序，通过连接M5AtomS3库来进行传感器数据的读取和显示。

代码主要包括两个函数：setup()和loop()。

setup()函数是程序启动后首先执行的函数，它进行一些初始化的操作，包括初始化AtomS3（LCD和串口）和IMU传感器，然后延迟100毫秒，最后通过USB串口输出IMU传感器的信息。

loop()函数是一个死循环，其中的程序会不断的重复运行。在每次循环中，程序通过M5AtomS3库的函数读取IMU传感器的数据，包括三轴加速度、陀螺仪数据和温度数据。然后通过USB串口输出这些数据，并在LCD屏幕上显示IMU传感器的信息，包括加速度、陀螺仪和温度。每次循环后，程序会延迟20毫秒。

整体来说，这段代码的功能是不断读取并显示IMU传感器的数据，包括加速度、陀螺仪和温度，并通过串口输出。同时，它还在LCD屏幕上显示了IMU传感器的信息。

#include "M5AtomS3.h"

/* After AtomS3 is started or reset the program in the setUp ()
function will be run, and this part will only be run once.
在 AtomS3 启动或者复位后，即会开始执行setup()函数中的程序，该部分只会执行一次。
*/
void setup() {
    M5.begin(true, true, true,
             false);  // Init AtomS3(Initialize LCD, serial port).
                      // 初始化 AtomS3(初始化LCD、串口)
    M5.IMU.begin();   // Init IMU sensor.  初始化姿态传感器
    M5.Lcd.clear();                  // Delay 100ms 延迟100ms
    USBSerial.printf("whoAmI() = 0x%02x\n", M5.IMU.whoAmI());
}

/* After the program in setup() runs, it runs the program in loop()
The loop() function is an infinite loop in which the program runs repeatedly
在setup()函数中的程序执行完后，会接着执行loop()函数中的程序
loop()函数是一个死循环，其中的程序会不断的重复运行 */
float ax, ay, az, gx, gy, gz, t;
void loop() {
    M5.Lcd.setCursor(0, 40);
    M5.IMU.getAccel(&ax, &ay, &az);  // Read tri-axial accel 读取三轴加速度
    M5.IMU.getGyro(&gx, &gy, &gz);  // Read gyroscope data 读取陀螺仪数据
    M5.IMU.getTemp(&t);             // Read temperature data 读取温度数据
    USBSerial.printf("%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f\n", ax, ay, az, gx, gy, gz,
                     t);  // serial port output the formatted string.  串口输出
    M5.Lcd.printf("IMU:Accel\r\n");
    M5.Lcd.printf("%0.2f %0.2f %0.2f\r\n", ax, ay, az);
    M5.Lcd.printf("IMU:Gyro\r\n");
    M5.Lcd.printf("%0.2f %0.2f %0.2f\r\n", gx, gy, gz);
    M5.Lcd.printf("IMU:Temp\r\n");
    M5.Lcd.printf("%0.2f \r\n", t);
    delay(20);
}

为何做这样的修改呢？其实串口部分代码也可以去掉。

调试结果：

很明显温度等不太合适嘛？

AI给出注意事项如下：

在使用MPU6886传感器连接到ESP32单片机时，需要注意以下事项：

硬件连接：确保将MPU6886正确连接到ESP32单片机。这涉及到正确连接电源、I2C总线和地线。
I2C通信：确认MPU6886的I2C地址正确设置，并在ESP32单片机的程序中正确配置I2C总线。
供电要求：MPU6886的电压范围为2.5V至5.5V。确保提供适当的电源，并注意电源稳定性。
数据处理：对于读取的数据，需要正确解释和校正。例如，加速度数据需要进行温度补偿和偏移校正，以获得更准确的结果。
休眠模式：ESP32单片机可以通过将MPU6886的电源引脚拉低来将其置于休眠模式，以降低功耗。
数据输出：确认MPU6886的数据输出格式，例如16位或32位，并根据需要对其进行处理。
温度补偿：使用MPU6886时，需要注意温度对加速度计和陀螺仪的影响。需要进行温度补偿以获得更准确的数据。
陀螺仪校准：在使用MPU6886之前，需要对陀螺仪进行校准。这可以通过在静态条件下运行陀螺仪一段时间来进行。
数据滤波：为了减少噪声和干扰，可以在数据读取和处理过程中应用滤波技术，例如低通滤波或卡尔曼滤波。
更新频率：根据应用需要，可以设置MPU6886的更新频率。例如，对于需要高频率数据的应用，可以增加更新频率。

以上是使用MPU6886连接到ESP32单片机时的一些注意事项。根据具体应用和硬件配置，可能还有其他需要注意的事项。建议参考相关文档和资料，以确保正确和可靠的使用。

背景知识点：

MPU6886和MPU6050都是六轴惯性测量单元（IMU），用于测量姿态、加速度和角速度等运动参数。它们的主要区别在于芯片结构和连接方式。

MPU6886采用I2C接口，内置了3轴加速度计和3轴陀螺仪，并提供了数字运动处理器（DMP）和可编程数字滤波器。它采用2.5V至5.5V的电源供应，具有低功耗模式，并支持快速唤醒。MPU6886的主要特点包括高精度、低功耗、快速启动和低噪声。

MPU6050是一个整合感应器，内含3轴加速度计和3轴陀螺仪，采用I2C接口。它具有131 LSBs/°的角速度全格感测范围，并内置了数字运动处理器（DMP）。MPU6050的工作电压为2.5V至5.5V，具有低功耗模式，并能唤醒快速。主要特点包括高精度、低功耗、快速启动和低噪声。

总体而言，MPU6886和MPU6050在功能和性能上非常相似，都具有高精度、低功耗、快速启动和低噪声等特点。主要区别在于连接方式和芯片结构。具体选择哪个取决于具体应用的需求和预算。

ESP32-S3是一款基于Xtensa LX7架构的32位Wi-Fi SoC，具有高性能和低功耗的特点。它集成了2.4 GHz Wi-Fi、蓝牙和NFC功能，并提供了丰富的外设接口，如SD卡接口、ADC、DAC、SPI、I2C、UART等。ESP32-S3还支持神经网络加速器和TensorFlow Lite，可用于机器学习和人工智能应用。

以下是ESP32-S3的一些主要特点：