【Follow me第二季第4期】IMU 原始数据打印

garoa · 发表于2024-12-18 10:41

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IMU 基础

Arduino® Nano RP2040 Connect 使用的 IMU 传感器为：LSM6DSOXTR。

LSM6DSOXTR 简介

LSM6DSOXTR 是由意法半导体（STMicroelectronics）推出的一款 6轴惯性测量单元（IMU），包含了加速度计和陀螺仪的功能。是一款小型、低功耗的传感器。

加速度计：3轴，测量物体的加速度变化。

陀螺仪：3轴，测量物体的角速度（旋转速度）

LSM6DSOXTR 集成了这两种传感器，因此是一个 6轴 IMU。

LSM6DSOXTR 的主要特点

加速度计范围：±2g、±4g、±8g、±16g（可配置）

陀螺仪范围：±125°/s、±250°/s、±500°/s、±1000°/s、±2000°/s（可配置）

低功耗模式：适用于电池供电设备，具备多个省电模式。

内置FIFO缓存：用于存储加速度和角速度数据，可以减少主机的读取频率。

传感器输出接口：通过 I²C 或 SPI 接口与外部设备（如微控制器）进行通信。

运动检测：支持运动检测、步数计数、自由落体检测、休眠模式等多种功能。

LSM6DSOXTR 的工作原理

加速度计通过内部的微机械传感器测量加速度。当物体加速时，传感器的质量块会在微小的弹簧中发生位移，根据位移的大小可以计算出加速度。

单位：加速度的单位是 g（重力加速度，1g = 9.8 m/s²）。

测量方向：LSM6DSOXTR 的加速度计是三轴的，因此可以测量沿 X、Y、Z 轴的加速度。

作用：可以用来判断物体的倾斜角度、运动方向、加速度大小等。

陀螺仪使用 MEMS 技术（微电子机械系统），通过微型的振荡结构测量物体围绕各轴旋转的速度。

单位：角速度的单位是 °/s（每秒旋转度数）。

测量方向：与加速度计类似，陀螺仪也是三轴的，可以测量绕 X、Y、Z 轴的角速度。

作用：可用于姿态估算，特别是在无外部定位信息的情况下。

读取 IMU 数据

在 Arduino® Nano RP2040 Connect 中，由图1 可知 LSM6DSOXTR 通过 I²C 与 RP2040 进行连接。

图1 Arduino Nano RP2040 Connect 框图

Arduino 官方有一个处理 LSM6DSOXTR 的库：Arduino_LSM6DSOX

初始化

$\small IMU.begin()$ ：初始化库

作用：初始化是开发嵌入式程序中不可或缺的一步，其核心是为硬件和软件环境做好准备，确保系统运行的稳定性和正确性。

采样率

$\small IMU.accelerationSampleRate()$ ：读取加速度采样率（Hz）

$\small IMU.gyroscopeSampleRate()$ ：读取陀螺仪采样率（Hz）

作用：采样率决定了数据更新的频率。比如，采样率越高，数据更新越快，反应越灵敏，适用于高速运动的应用；采样率越低，数据更新越慢，适用于低速稳定的应用。

读取数据

$\small IMU.accelerationAvailable()$ ：检查 IMU 是否有可用的加速度数据

$\small IMU.readAcceleration(Ax, Ay, Az)$ ：读取加速度计，并返回 x、y 和 z 轴的加速度值

$\small IMU.gyroscopeAvailable()$ ：检查 IMU 是否有可用的陀螺仪数据

$\small IMU.readGyroscope(Gx, Gy, Gz)$ ：读取陀螺仪，并返回 x、y 和 z 轴的角速度值

演示视频

示例代码

#include <Arduino_LSM6DSOX.h>

// 存储加速度和陀螺仪数据
float Ax, Ay, Az;
float Gx, Gy, Gz;

// 时间间隔参数（非阻塞式输出控制）
unsigned long previousMillis = 0;
const long interval = 500;  // 每500毫秒输出一次数据

void setup() {
  // 初始化串口通信
  Serial.begin(9600);
  while (!Serial) {
    ; // 等待串口准备好
  }
  Serial.println("串口初始化完成，开始读取IMU数据...");

  // 初始化IMU传感器
  if (!IMU.begin()) {
    Serial.println("错误：IMU 初始化失败，请检查硬件连接！");
    while (1);  // 如果初始化失败，程序停留在这里
  }
  Serial.println("IMU 初始化成功！");
  Serial.println();
}

void loop() {
  // 获取当前时间
  unsigned long currentMillis = millis();

  // 每隔500毫秒读取并输出一次数据
  if (currentMillis - previousMillis >= interval) {
    previousMillis = currentMillis;  // 更新上一次的时间

    // 读取加速度数据
    if (IMU.accelerationAvailable()) {
      IMU.readAcceleration(Ax, Ay, Az);
    } else {
      Serial.println("警告：未能读取到加速度数据！");
    }

    // 读取陀螺仪数据
    if (IMU.gyroscopeAvailable()) {
      IMU.readGyroscope(Gx, Gy, Gz);
    } else {
      Serial.println("警告：未能读取到陀螺仪数据！");
    }

    // 串口输出加速度和陀螺仪数据
    Serial.print("Accel：Ax=");
    Serial.print(Ax, 2); // 保留两位小数
    Serial.print(" m/s², Ay=");
    Serial.print(Ay, 2);
    Serial.print(" m/s², Az=");
    Serial.print(Az, 2);
    Serial.print(" m/s²   |   ");

    Serial.print("Gyros：Gx=");
    Serial.print(Gx, 2); // 保留两位小数
    Serial.print(" dps, Gy=");
    Serial.print(Gy, 2);
    Serial.print(" dps, Gz=");
    Serial.print(Gz, 2);
    Serial.println(" dps");

    // 在不同数据组之间添加空行，便于查看
    Serial.println();
  }
}