【Follow me第二季第4期】任务二：IMU传感器的使用——串口输出和姿态监控

ICS

【Follow me第二季第4期】任务二：IMU传感器的使用——串口输出和姿态监控 [复制链接]

<i class="pstatus"> 本帖最后由 ICS 于 2024-12-9 16:38 编辑 </i>

同样，先上演示视频，再看文章：

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参考： [在 Nano RP2040 Connect 上访问 IMU 数据 |Arduino 文档](https://docs.arduino.cc/tutorials/nano-rp2040-connect/rp2040-imu-basics/)

<ignore_js_op>

<div class="tip tip_4 aimg_tip" id="aimg_868952_menu" style="position: absolute; display: none" disautofocus="true">
<div class="xs0">
<p><strong>image-20241209131008089.png</strong> <em class="xg1">(7.38 KB, 下载次数: 0)</em></p>
<p>
<a href="javascript:;" class="loginf" >下载附件</a>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_868952" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=868952&handlekey=savephoto_868952">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

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Arduino® Nano RP2040 Connect板载了一个`LSM6DSOX` 的六轴`IMU`，提供了三轴加速度计和三轴陀螺仪。

### 加速度计

加速度计是一种用于测量加速度的机电设备。这些力可能是静态的，例如重力的连续力，或者像许多移动设备一样，动态的，用于感应运动或振动。

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<div class="tip tip_4 aimg_tip" id="aimg_868953_menu" style="position: absolute; display: none" disautofocus="true">
<div class="xs0">
<p><strong>rp2040-imu-basics-img-03.png</strong> <em class="xg1">(8.91 KB, 下载次数: 0)</em></p>
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<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_868953" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=868953&handlekey=savephoto_868953">保存到相册</a>

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<div class="tip_horn"></div>
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在此示例中，我们将使用加速度计作为 “level” ，以提供有关板位置的信息。使用此应用程序，我们将能够读取板的相对位置，以及通过向上、向下、向左或向右倾斜板来读取度数。

### 陀螺仪

陀螺仪传感器是一种可以测量和保持物体的方向和角速度的设备。陀螺仪比加速度计更先进，因为它们可以测量物体的倾斜和横向，而加速度计只能测量其线性运动。

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<div class="tip tip_4 aimg_tip" id="aimg_868954_menu" style="position: absolute; display: none" disautofocus="true">
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<p><strong>rp2040-imu-basics-img-04.png</strong> <em class="xg1">(11.42 KB, 下载次数: 0)</em></p>
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<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_868954" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=868954&handlekey=savephoto_868954">保存到相册</a>

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<div class="tip_horn"></div>
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陀螺仪传感器也称为“角速率传感器”或“角速度传感器”。角速度以度/秒为单位，是物体每单位时间内旋转角度的变化。

## 通过串口打印六轴原始数据

如果烧录的是`Micropython`，则我们可以很简单的通过串口打印六轴原始数据：

```python
import time
from machine import Pin, I2C
from lsm6dsox import LSM6DSOX

i2c = I2C(0, sda=Pin(12), scl=Pin(13))
lsm = LSM6DSOX(i2c)

while True:
    # 陀螺仪
    gyro_x, gyro_y, gyro_z = lsm.gyro()
    # 加速度计
    accel_x, accel_y, accel_z = lsm.accel()
    print(f"{gyro_x:.3f} {gyro_y:.3f} {gyro_z:.3f} {accel_x:.3f} {accel_y:.3f} {accel_z:.3f}")
    time.sleep_ms(50)

```

使用串口绘图器绘图如下：

## 通过串口读取重力加速度获取大致姿态

首先我们需要安装`vispy`、`numpy`、`pyserial`和`PyQT5`:

`pip install PyQt5 pyserial vispy numpy  `

```python
import numpy as np
from vispy import app, scene
from vispy.scene import transforms
import serial
import sys

# 创建Canvas和View
canvas = scene.SceneCanvas(keys='interactive', show=True)
view = canvas.central_widget.add_view()
view.camera = 'turntable'
view.camera.fov = 60
view.camera.distance = 300

# 创建3D长方体的顶点和面
vertices = np.array([
    [50, 15, 2.5], [50, -15, 2.5], [-50, -15, 2.5], [-50, 15, 2.5],
    [50, 15, -2.5], [50, -15, -2.5], [-50, -15, -2.5], [-50, 15, -2.5]
])

faces = np.array([
    [0, 1, 5], [5, 4, 0],  # Front face
    [2, 3, 7], [7, 6, 2],  # Back face
    [0, 4, 7], [7, 3, 0],  # Top face
    [1, 5, 6], [6, 2, 1],  # Bottom face
    [4, 5, 6], [6, 7, 4],  # Right face
    [0, 1, 2], [2, 3, 0]   # Left face
])

# 为每个面指定不同颜色（使用RGB值）
colors = [
    [1, 0, 0],  # Red
    [0, 1, 0],  # Green
    [0, 0, 1],  # Blue
    [1, 1, 0],  # Yellow
    [0, 1, 1],  # Cyan
    [1, 0, 1],  # Magenta
    [0.5, 0.25, 0],  # Brown
    [0.75, 0.25, 0.25],  # Pink
    [0.5, 0.5, 0.5],  # Gray
    [0.6, 1, 0],  # Lime
    [0.25, 0.5, 0.75],  # Light Blue
    [0.25, 0.75, 0.25]   # Light Green
]

# 更新Mesh对象的颜色
mesh = scene.visuals.Mesh(vertices=vertices, faces=faces, face_colors=colors)
view.add(mesh)

# 串口设置
try:
    ser = serial.Serial('COM6', 115200)
except Exception as e:
    print("Error opening serial port: {}".format(e))
    sys.exit(1)

def update_mesh(event):
    try:
        line = ser.readline().decode('utf-8').strip()
        if line:
            g_y, g_x, g_z = map(float, line.split())
            angle_x = np.arcsin(g_x) * 180 / np.pi  # 镜像x轴
            angle_y = -np.arcsin(g_y) * 180 / np.pi  # 镜像y轴
            angle_z = np.arcsin(g_z) * 180 / np.pi  # 镜像z轴

mesh.transform = transforms.MatrixTransform()
            mesh.transform.rotate(angle_x, (1, 0, 0))
            mesh.transform.rotate(angle_y, (0, 1, 0))
            mesh.transform.rotate(angle_z, (0, 0, 1))
            canvas.update()
    except ValueError:
        pass  # Ignore conversion errors

timer = app.Timer('auto', connect=update_mesh, start=True)

if __name__ == '__main__':
    app.run()

```

这段代码通过 Vispy 库显示一个 3D 长方体，定义每个面的颜色，并通过串口接收数据调整其倾斜角度。串口数据表示 x、y、z 方向的倾斜比例，转换为旋转角度后实时更新图形的旋转状态。

```python
import time
from machine import Pin, I2C
from lsm6dsox import LSM6DSOX

i2c = I2C(0, sda=Pin(12), scl=Pin(13))
lsm = LSM6DSOX(i2c)

while True:
    # 这里我们只需要加速度
    accel_x, accel_y, accel_z = lsm.accel()
    print(f"{accel_x:.3f} {accel_y:.3f} {accel_z:.3f}")
    time.sleep_ms(50)

```

## 附件

1. 代码打包
	
<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" class="loginf">任务二代码.zip</a>

<em class="xg1">(2.09 KB, 下载次数: 0)</em>
</span>
<div class="tip tip_4" id="attach_868968_menu" style="position: absolute; display: none" disautofocus="true">
<div class="tip_c xs0">
<div class="y"><span title="2024-12-9 16:28">3天前</span> 上传</div>
点击文件名下载附件

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

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2. 串口绘图软件
	
<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" class="loginf">serialplot-0.12.0-win32.exe</a>

<em class="xg1">(45.99 MB, 下载次数: 0)</em>
</span>
<div class="tip tip_4" id="attach_868971_menu" style="position: absolute; display: none" disautofocus="true">
<div class="tip_c xs0">
<div class="y"><span title="2024-12-9 16:37">3天前</span> 上传</div>
点击文件名下载附件

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

先前文章：

[【Follow me第二季第4期】任务一：搭建环境并点亮RGBLED&串口输出](https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1300301-1-1.html)

[【Follow me第二季第4期】非任务：制作一个黑神话碎玉池银行提款机](https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1300596-1-1.html)

秦天qintian0303 · 发表于2024-12-10 12:13

这个串口工具不错，求分享

ICS · 发表于2024-12-10 12:59

秦天qintian0303 发表于 2024-12-10 12:13 这个串口工具不错，求分享

附件有，几年前用的，最近很难找

【Follow me第二季第4期】任务二：IMU传感器的使用——串口输出和姿态监控 [复制链接]

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