陀螺儀傳感器測(cè)試：樹莓派基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)31：MPU6050陀螺儀加速度傳感器實(shí)驗(yàn)
一、介紹
MPU6050是世界上第一款也是唯一一款專為智能手機(jī)、平板電腦和可穿戴傳感器的低功耗、低成本和高性能要求而設(shè)計(jì)的6軸運(yùn)動(dòng)跟蹤設(shè)備。
它集成了3軸MEMS陀螺儀，3軸MEMS加速度計(jì)，以及一個(gè)可擴(kuò)展的數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器 DMP（ DigitalMotion Processor），可用I2C接口連接一個(gè)第三方的數(shù)字傳感器，比如磁力計(jì)。擴(kuò)展之后就可以通過(guò)其 I2C或SPI接口輸出一個(gè)9軸的信號(hào)（ SPI接口僅在MPU-6000可用）。 MPU-60X0也可以通過(guò)其I2C接口連接非慣性的數(shù)字傳感器，比如壓力傳感器。
其它I2C總線實(shí)驗(yàn)可以查看前面的PCF8591相關(guān)實(shí)驗(yàn)，如：
樹莓派基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)12：PCF8591模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)驗(yàn)
二、組件
★Raspberry Pi主板*1
★樹莓派電源*1
★40P軟排線*1
★MPU6050陀螺儀加速度傳感器模塊*1
★面包板*1
★跳線若干
三、實(shí)驗(yàn)原理
MPU6050的工作原理比較復(fù)雜，需要深度學(xué)習(xí)最好是學(xué)習(xí)官方手冊(cè)，本文只做簡(jiǎn)單介紹，不少內(nèi)容我也蒙逼狀態(tài)中。
詳細(xì)資料可在官網(wǎng)下載最新的芯片手冊(cè)：
1.傳感器
①陀螺儀傳感器：
陀螺儀的原理就是，一個(gè)旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)軸所指的方向在不受外力影響時(shí)，是不會(huì)改變的。人們根據(jù)這個(gè)道理，用它來(lái)保持方向。然后用多種方法讀取軸所指示的方向，并自動(dòng)將數(shù)據(jù)信號(hào)傳給控制系統(tǒng)。我們騎自行車其實(shí)也是利用了這個(gè)原理。輪子轉(zhuǎn)得越快越不容易倒，因?yàn)檐囕S有一股保持水平的力量。
現(xiàn)代陀螺儀可以精確地確定運(yùn)動(dòng)物體的方位的儀器，它在現(xiàn)代航空，航海，航天和國(guó)防工業(yè)中廣泛使用的一種慣性導(dǎo)航儀器。傳統(tǒng)的慣性陀螺儀主要部分有機(jī)械式的陀螺儀，而機(jī)械式的陀螺儀對(duì)工藝結(jié)構(gòu)的要求很高。
70年代提出了現(xiàn)代光纖陀螺儀的基本設(shè)想，到八十年代以后，光纖陀螺儀就得到了非常迅速的發(fā)展，激光諧振陀螺儀也有了很大的發(fā)展。光纖陀螺儀具有結(jié)構(gòu)緊湊，靈敏度高，工作可靠。光纖陀螺儀在很多的領(lǐng)域已經(jīng)完全取代了機(jī)械式的傳統(tǒng)的陀螺儀，成為現(xiàn)代導(dǎo)航儀器中的關(guān)鍵部件。光纖陀螺儀同時(shí)發(fā)展的除了環(huán)式激光陀螺儀外。
MPU-60X0由三個(gè)獨(dú)立的振動(dòng)MEMS速率陀螺儀組成，可檢測(cè)旋轉(zhuǎn)角度X軸，Y軸和Z軸。 當(dāng)陀螺儀圍繞任何感應(yīng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，科里奧利效應(yīng)就會(huì)產(chǎn)生電容式傳感器檢測(cè)到的振動(dòng)。 所得到的信號(hào)被放大，解調(diào)和濾波產(chǎn)生與角速度成比例的電壓。 該電壓使用單獨(dú)的片內(nèi)數(shù)字化16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）對(duì)每個(gè)軸進(jìn)行采樣。 陀螺儀傳感器可以全面范圍的被數(shù)字編程為每秒±250，±500，±1000或±2000度（dps）。 ADC樣本速率可以從每秒8,000個(gè)采樣點(diǎn)編程到每秒3.9個(gè)采樣點(diǎn)，并且可由用戶選擇低通濾波器可實(shí)現(xiàn)廣泛的截止頻率。
②加速度傳感器：
加速度傳感器是一種能夠測(cè)量加速度的傳感器。通常由質(zhì)量塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和適調(diào)電路等部分組成。傳感器在加速過(guò)程中，通過(guò)對(duì)質(zhì)量塊所受慣性力的測(cè)量，利用牛頓第二定律獲得加速度值。根據(jù)傳感器敏感元件的不同，常見的加速度傳感器包括電容式、電感式、應(yīng)變式、壓阻式、壓電式等。
MPU-60X0的3軸加速度計(jì)為每個(gè)軸使用單獨(dú)的檢測(cè)質(zhì)量。 加速沿著一條特定軸在相應(yīng)的檢測(cè)質(zhì)量上引起位移，并且電容式傳感器檢測(cè)到該位移位移有差別。 MPU-60X0的架構(gòu)降低了加速度計(jì)的敏感度制造變化以及熱漂移。 當(dāng)設(shè)備放置在平坦的表面上時(shí)，將進(jìn)行測(cè)量在X和Y軸上為 0g，在Z軸上為+ 1g。 加速度計(jì)的比例因子在工廠進(jìn)行校準(zhǔn)并且在名義上與電源電壓無(wú)關(guān)。 每個(gè)傳感器都有一個(gè)專用的sigma-delta ADC來(lái)提供數(shù)字輸出。 數(shù)字輸出的滿量程范圍可以調(diào)整到±2g，±4g，±8g或±16g。
其實(shí)說(shuō)簡(jiǎn)單點(diǎn)，在mpu6050中我們用陀螺儀傳感器測(cè)角度，用加速度傳感器測(cè)加速度。
MPU-60X0是全球首例9軸運(yùn)動(dòng)處理傳感器。它集成了3軸MEMS陀螺儀， 3軸MEMS 加速度計(jì)，以及一個(gè)可擴(kuò)展的數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器 DMP（DigitalMotion Processor），可用 I2C 接口連接一個(gè)第三方的數(shù)字傳感器，比如磁力計(jì)。擴(kuò)展之后就可以通過(guò)其 I2C 或 SPI 接口 輸出一個(gè) 9 軸的信號(hào)（SPI 接口僅在 MPU-6000 可用）。MPU-60X0 也可以通過(guò)其 I2C 接口連接非慣性的數(shù)字傳感器，比如壓力傳感器。
數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器（DMP）:
嵌入式數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器（DMP）位于MPU-60X0內(nèi)部，可從主機(jī)處理器中卸載運(yùn)動(dòng)處理算法的運(yùn)算。 DMP從加速度計(jì)，陀螺儀以及其他第三方傳感器（如磁力計(jì)）獲取數(shù)據(jù)，并處理數(shù)據(jù)。結(jié)果數(shù)據(jù)可以從DMP的寄存器中讀取，或者可以在FIFO中緩沖。 DMP可以訪問(wèn)其中的一個(gè)MPU的外部引腳，可用于產(chǎn)生中斷。
DMP的目的是卸載主機(jī)處理器的時(shí)序要求和處理能力。通常，運(yùn)動(dòng)處理算法應(yīng)該以高速運(yùn)行，通常在200Hz左右，以提供低延遲的精確結(jié)果。即使應(yīng)用程序以更低的速率更新，這也是必需的。例如，一個(gè)低功率的用戶界面可能會(huì)以5Hz的速度更新，但運(yùn)動(dòng)處理仍然應(yīng)該以200Hz運(yùn)行。 DMP可以作為一種工具使用，以最大限度地降低功耗，簡(jiǎn)化定時(shí)，簡(jiǎn)化軟件架構(gòu)，并在主機(jī)處理器上節(jié)省寶貴的MIPS，以便在應(yīng)用中使用。
2.數(shù)據(jù)分析
（1）加速度計(jì)
下圖標(biāo)明了傳感器的參考坐標(biāo)系（ XYZ組成右手系）以及 3個(gè)測(cè)量軸和旋轉(zhuǎn)方向。旋轉(zhuǎn)的正向可用右手螺旋定則判斷：
三軸加速度計(jì)：
ACCEL_XOUT 16位二進(jìn)制補(bǔ)碼值。存儲(chǔ)最近的X軸加速計(jì)測(cè)量值。
ACCEL_YOUT 16位二進(jìn)制補(bǔ)碼值。存儲(chǔ)最近的Y軸加速度計(jì)測(cè)量值。
ACCEL_ZOUT 16位二進(jìn)制補(bǔ)碼值。存儲(chǔ)最近的Z軸加速計(jì)測(cè)量值。
三個(gè)加速度分量均以重力加速度 g 的倍數(shù)為單位，能夠表示的加速度范圍，即倍率可以統(tǒng)一設(shè)定，有4個(gè)可選倍率：±2g、±4g、±8g、±16g。初始化MPU6050設(shè)置加速度計(jì)輸出的滿量程范圍為± 2g，加速度計(jì)每個(gè) LSB 的靈敏度應(yīng)為 LSB/g。
滿量程范圍± 2g和靈敏度 LSB/g有啥關(guān)系?
上面說(shuō)了這三個(gè)加速度分量是16位的二進(jìn)制補(bǔ)碼值，且是有符號(hào)的。故而其輸出范圍 -~。((2^16)/2)
/2 = 即加速度計(jì)的靈敏度。
那這個(gè)靈敏度又有啥用呢？ 我們拿一組數(shù)據(jù)來(lái)舉個(gè)例子：
A X: Y: Z: G X:- Y:- Z:
加速度計(jì) X 軸獲取原始數(shù)據(jù)位 ，那么它對(duì)應(yīng)的加速度數(shù)據(jù)是：/ = 0.23g.
g為加速度的單位，重力加速度定義為1g, 等于9.8米每平方秒。
具體的加速度公式：加速度數(shù)據(jù) = 加速度軸原始數(shù)據(jù) / 加速度靈敏度
或者：加速度數(shù)據(jù) = （加速度軸原始數(shù)據(jù) / ） X 可選倍率（即±2g、±4g、±8g、±16g）
（2）陀螺儀
三軸陀螺儀：
GYRO_XOUT 16位二進(jìn)制補(bǔ)碼值。存儲(chǔ)最新的X軸陀螺儀測(cè)量。
GYRO_YOUT 16位二進(jìn)制補(bǔ)碼值。存儲(chǔ)最新的Y軸陀螺儀測(cè)量結(jié)果。
GYRO_ZOUT 16位二進(jìn)制補(bǔ)碼值。存儲(chǔ)最新的Z軸陀螺儀測(cè)量結(jié)果。
三個(gè)角速度分量均以“度/秒”為單位，能夠表示的角速度范圍，即倍率可統(tǒng)一設(shè)定，有4個(gè)可選倍率：±250°/s， ±500°/s， ±1000°/s， ±2000°/s。初始化MPU6050設(shè)置陀螺儀輸出滿量程范圍為 ± 2000 °/s，陀螺儀每個(gè) LSB 的靈敏度為 16.4 LSB/°/s。
滿量程范圍± 2000 °/s和靈敏度16.4 LSB/°/s有啥關(guān)系?
上面說(shuō)了這三個(gè)陀螺儀分量是16位的二進(jìn)制補(bǔ)碼值，且是有符號(hào)的。故而其輸出范圍 -~。((2^16)/2)
/2000 = 16.4 即陀螺儀的靈敏度。
那這個(gè)靈敏度又有啥用呢？ 我們用一組數(shù)據(jù)來(lái)舉個(gè)例子：
A X: Y: Z: G X:- Y:- Z:
陀螺儀 X 軸獲取原始數(shù)據(jù)位 -，那么它對(duì)應(yīng)的陀螺儀數(shù)據(jù)是：-/16.4 = -1.4°/s
請(qǐng)注意，負(fù)號(hào)表示設(shè)備的旋轉(zhuǎn)方向與傳統(tǒng)的正方向相反。
具體的陀螺儀公式：陀螺儀數(shù)據(jù) = 陀螺儀軸原始數(shù)據(jù)/陀螺儀靈敏度
或者：陀螺儀數(shù)據(jù) = （陀螺儀軸原始數(shù)據(jù) / ） X 可選倍率（即±250°/s， ±500°/s， ±1000°/s， ±2000°/s）
MPU6050 是一款姿態(tài)傳感器，使用它就是為了得到待測(cè)物體（如四軸、平衡小車） x、y、z 軸的傾角（俯仰角 Pitch、滾轉(zhuǎn)角 Roll、偏航角 Yaw） 。我們通過(guò) I2C 讀取到 MPU6050 的六個(gè)數(shù)據(jù)（三軸加速度 AD 值、三軸角速度 AD 值）經(jīng)過(guò)姿態(tài)融合后就可以得到 Pitch、Roll、Yaw 角。
更多姿態(tài)融合等資料，可以參考MPU6050開發(fā)的帖子：
3.MPU6050寄存器
這里說(shuō)明幾個(gè)重要的寄存器，詳情查閱官方文檔。
（1）寄存器25 - 采樣速率分頻器（SMPRT_DIV）
參數(shù)：
SMPLRT_DIV 為8位無(wú)符號(hào)值。 采樣率是通過(guò)將陀螺儀輸出速率除以該值來(lái)確定的。
描述：
該寄存器指定用于產(chǎn)生MPU-60X0采樣率的陀螺儀輸出速率的分頻器。 傳感器寄存器輸出，F(xiàn)IFO輸出和DMP采樣都基于采樣率。采樣率是通過(guò)將陀螺儀輸出速率除以 SMPLRT_DIV 產(chǎn)生的：
采樣率=陀螺儀輸出速率/（1 + SMPLRT_DIV）
當(dāng)DLPF禁用（DLPF_CFG = 0或7）時(shí)，陀螺儀輸出速率= 8kHz，當(dāng)DLPF使能時(shí)（見寄存器26）為1kHz。
注意：加速度計(jì)輸出速率是1kHz。 這意味著對(duì)于大于1kHz的采樣率，同一個(gè)加速度計(jì)采樣可能會(huì)不止一次輸出到FIFO，DMP和傳感器寄存器。
（2）寄存器26 - 配置（CONFIG）
注：位7和位6保留
參數(shù)：
EXT_SYNC_SET3位無(wú)符號(hào)值。 配置FSYNC引腳采樣。
DLPF_CFG3位無(wú)符號(hào)值。 配置DLPF設(shè)置
描述：
該寄存器為陀螺儀和加速度計(jì)配置外部幀同步（FSYNC）引腳采樣和數(shù)字低通濾波器（DLPF）設(shè)置。
連接到FSYNC引腳的外部信號(hào)可以通過(guò)配置 EXT_SYNC_SET 進(jìn)行采樣。
FSYNC 引腳的信號(hào)變化被鎖存，以便捕獲短閃光燈。 鎖存的FSYNC信號(hào)將按照寄存器 25 中定義的采樣速率進(jìn)行采樣。采樣后，鎖存器將復(fù)位為當(dāng)前的 FSYNC 信號(hào)狀態(tài)。
根據(jù)下表，取樣值將被報(bào)告在由 EXT_SYNC_SET 的值確定的傳感器數(shù)據(jù)寄存器中的最低有效位的位置。
DLPF由 DLPF_CFG 配置，加速度計(jì)和陀螺儀根據(jù) DLPF_CFG 的值進(jìn)行過(guò)濾，如下表所示。
（3）寄存器27 - 陀螺儀配置（GYRO_CONFIG）
注：位2到位0被保留。
參數(shù)：
XG_ST設(shè)置此位將導(dǎo)致X軸陀螺儀執(zhí)行自檢。
YG_ST設(shè)置此位將使Y軸陀螺儀執(zhí)行自檢。
ZG_ST 設(shè)置該位使Z軸陀螺儀執(zhí)行自檢。
FS_SEL 2位無(wú)符號(hào)值。 選擇陀螺儀的全量程范圍。
描述：
該寄存器用于觸發(fā)陀螺儀自檢并配置陀螺儀的滿量程范圍。
陀螺儀自檢允許用戶測(cè)試機(jī)械和電氣部分陀螺儀。每個(gè)陀螺儀軸的自檢可通過(guò)控制該寄存器的XG_ST，YG_ST和ZG_ST位來(lái)激活。每個(gè)軸的自檢可以獨(dú)立進(jìn)行，也可以同時(shí)進(jìn)行。
當(dāng)自檢被激活時(shí)，車載電子裝置將啟動(dòng)適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳌＿@種驅(qū)動(dòng)將使傳感器的檢測(cè)質(zhì)量移動(dòng)一段相當(dāng)于預(yù)先確定的科里奧利力的距離。這種檢測(cè)質(zhì)量位移導(dǎo)致傳感器輸出發(fā)生變化，這反映在輸出信號(hào)中。輸出信號(hào)用于觀察自檢響應(yīng)。
自檢響應(yīng)定義如下：
自檢響應(yīng)=啟用自檢的傳感器輸出 - 未啟用自檢的傳感器輸出
每個(gè)陀螺儀軸的自檢限制在MPU-6000 / MPU-6050產(chǎn)品規(guī)格文件。當(dāng)自檢的價(jià)值響應(yīng)在產(chǎn)品規(guī)格的最小/最大范圍內(nèi)，零件已通過(guò)自檢。當(dāng)自檢響應(yīng)超過(guò)文檔中指定的最小/最大值時(shí)，該部分被認(rèn)為是自檢失敗。
FS_SEL根據(jù)下表選擇陀螺儀輸出的滿量程范圍。
（4）寄存器28 - 加速度計(jì)配置（ACCEL_CONFIG）
參數(shù)：
XA_ST 當(dāng)設(shè)置為1時(shí)，X軸加速度計(jì)執(zhí)行自檢。
YA_ST當(dāng)設(shè)置為1時(shí)，Y軸加速度計(jì)執(zhí)行自檢。
ZA_ST設(shè)置為1時(shí)，Z軸加速計(jì)執(zhí)行自檢。
AFS_SEL 2位無(wú)符號(hào)值。 選擇加速度計(jì)的全量程范圍。
描述：
該寄存器用于觸發(fā)加速度計(jì)自檢并配置加速度計(jì)滿量程范圍。 該寄存器還配置數(shù)字高通濾波器（DHPF）。
加速度計(jì)自檢允許用戶測(cè)試加速度計(jì)的機(jī)械和電子部分。每個(gè)加速度計(jì)軸的自檢可通過(guò)控制該寄存器的XA_ST，YA_ST和ZA_ST位來(lái)激活。每個(gè)軸的自檢可以獨(dú)立進(jìn)行，也可以同時(shí)進(jìn)行。
當(dāng)自檢被激活時(shí)，車載電子裝置將啟動(dòng)適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳌＿@種致動(dòng)模擬外力。被驅(qū)動(dòng)的傳感器又將產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)。輸出信號(hào)用于觀察自檢響應(yīng)。
自測(cè)響應(yīng)定義如下：
自檢響應(yīng)=啟用自檢的傳感器輸出 - 未啟用自檢的傳感器輸出
MPU-6000 / MPU-6050產(chǎn)品規(guī)格文檔的電氣特性表中提供了每個(gè)加速度計(jì)軸的自檢限制。當(dāng)自檢響應(yīng)值在產(chǎn)品規(guī)格的最小/最大范圍內(nèi)時(shí)，該部件已通過(guò)自檢。當(dāng)自測(cè)響應(yīng)超過(guò)文檔中指定的最小/最大值時(shí)，該部分被認(rèn)為是自檢失敗。
AFS_SEL 根據(jù)下表選擇加速度計(jì)輸出的滿量程范圍。
（5）寄存器59到64 - 加速度計(jì)測(cè)量
參數(shù)：
ACCEL_XOUT 16位二進(jìn)制補(bǔ)碼值。存儲(chǔ)最近的X軸加速計(jì)測(cè)量值。
ACCEL_YOUT 16位二進(jìn)制補(bǔ)碼值。存儲(chǔ)最近的Y軸加速度計(jì)測(cè)量值。
ACCEL_ZOUT 16位二進(jìn)制補(bǔ)碼值。存儲(chǔ)最近的Z軸加速計(jì)測(cè)量值。
描述：
這些寄存器存儲(chǔ)最新的加速度計(jì)測(cè)量結(jié)果。
按照 寄存器25 中定義的采樣率將加速度計(jì)測(cè)量值寫入這些寄存器。
加速度計(jì)測(cè)量寄存器以及溫度測(cè)量寄存器，陀螺儀測(cè)量寄存器和外部傳感器數(shù)據(jù)寄存器由兩組寄存器組成：內(nèi)部寄存器組和面向用戶的讀取寄存器組。
加速度計(jì)傳感器內(nèi)部寄存器組內(nèi)的數(shù)據(jù)總是以采樣率更新。同時(shí)，只要串行接口空閑，面向用戶的讀取寄存器組就會(huì)復(fù)制內(nèi)部寄存器組的數(shù)據(jù)值。這保證了傳感器寄存器的突發(fā)讀取將從相同的采樣時(shí)刻讀取測(cè)量結(jié)果。請(qǐng)注意，如果不使用突發(fā)讀取，則用戶負(fù)責(zé)通過(guò)檢查數(shù)據(jù)就緒中斷來(lái)確保一組單個(gè)字節(jié)的讀取對(duì)應(yīng)于單個(gè)采樣時(shí)刻。
每個(gè)16位加速度計(jì)的測(cè)量結(jié)果都在 ACCEL_FS（寄存器28）中定義了一個(gè)滿量程。對(duì)于每個(gè)滿量程設(shè)置，ACCEL_xOUT 中的每個(gè) LSB 的加速度計(jì)靈敏度如下表所示。
（6）寄存器65和66 - 溫度測(cè)量（TEMP_OUT_H和TEMP_OUT_L）
參數(shù)：
TEMP_OUT 16位有符號(hào)值。存儲(chǔ)最近的溫度傳感器測(cè)量值。
描述：
這些寄存器存儲(chǔ)最新的溫度傳感器測(cè)量值。
溫度測(cè)量值按照 寄存器25 中定義的采樣率寫入這些寄存器。
這些溫度測(cè)量寄存器以及加速度計(jì)測(cè)量寄存器，陀螺儀測(cè)量寄存器和外部傳感器數(shù)據(jù)寄存器由兩組寄存器組成：內(nèi)部寄存器組和面向用戶的讀取寄存器組。
溫度傳感器內(nèi)部寄存器組內(nèi)的數(shù)據(jù)始終以采樣率進(jìn)行更新。
同時(shí)，只要串行接口空閑，面向用戶的讀取寄存器組就會(huì)復(fù)制內(nèi)部寄存器組的數(shù)據(jù)值。這保證了傳感器寄存器的突發(fā)讀取將從相同的采樣時(shí)刻讀取測(cè)量結(jié)果。請(qǐng)注意，如果不使用突發(fā)讀取，則用戶負(fù)責(zé)通過(guò)檢查數(shù)據(jù)就緒中斷來(lái)確保一組單個(gè)字節(jié)的讀取對(duì)應(yīng)于單個(gè)采樣時(shí)刻。
電氣規(guī)格表（MPU-6000 / MPU-6050產(chǎn)品規(guī)格文檔第6.4節(jié)）中提供了溫度傳感器的比例因子和偏移量。
對(duì)于給定的寄存器值，溫度（攝氏度）可以被計(jì)算為：
以℃為單位的溫度=（TEMP_OUT寄存器值作為有符號(hào)數(shù)量）/ 340 + 36.53
請(qǐng)注意，上述公式中的數(shù)學(xué)是十進(jìn)制的。
（7）寄存器67至72 - 陀螺儀測(cè)量
參數(shù)：
GYRO_XOUT 16位二進(jìn)制補(bǔ)碼值。存儲(chǔ)最新的X軸陀螺儀測(cè)量。
GYRO_YOUT 16位二進(jìn)制補(bǔ)碼值。存儲(chǔ)最新的Y軸陀螺儀測(cè)量結(jié)果。
GYRO_ZOUT16位二進(jìn)制補(bǔ)碼值。存儲(chǔ)最新的Z軸陀螺儀測(cè)量結(jié)果。
描述：
這些寄存器存儲(chǔ)最近的陀螺儀測(cè)量結(jié)果。
陀螺儀測(cè)量值按寄存器25中定義的采樣率寫入這些寄存器。
這些陀螺儀測(cè)量寄存器以及加速度計(jì)測(cè)量寄存器，溫度測(cè)量寄存器和外部傳感器數(shù)據(jù)寄存器由兩組寄存器組成：內(nèi)部寄存器組和面向用戶的讀取寄存器組。
陀螺儀傳感器內(nèi)部寄存器組內(nèi)的數(shù)據(jù)總是以采樣率更新。
同時(shí)，只要串行接口空閑，面向用戶的讀取寄存器組就會(huì)復(fù)制內(nèi)部寄存器組的數(shù)據(jù)值。這保證了傳感器寄存器的突發(fā)讀取將從相同的采樣時(shí)刻讀取測(cè)量結(jié)果。請(qǐng)注意，如果不使用突發(fā)讀取，則用戶負(fù)責(zé)通過(guò)檢查數(shù)據(jù)就緒中斷來(lái)確保一組單個(gè)字節(jié)的讀取對(duì)應(yīng)于單個(gè)采樣時(shí)刻。
每個(gè)16位陀螺儀測(cè)量具有在 FS_SEL（寄存器27）中定義的滿量程。對(duì)于每個(gè)滿量程設(shè)置，GYRO_xOUT中陀螺儀每個(gè)LSB的靈敏度如下表所示：
（8）寄存器107 - 電源管理1 （PWR_MGMT_1）
注：位4保留。
參數(shù)：
DEVICE_RESET設(shè)置為1時(shí)，該位將所有內(nèi)部寄存器復(fù)位為默認(rèn)值。一旦復(fù)位完成，該位自動(dòng)清零。每個(gè)寄存器的默認(rèn)值可以在第3節(jié)找到。
SLEEP當(dāng)該位置1時(shí)，該位將MPU-60X0置于睡眠模式。
CYCLE當(dāng)該位設(shè)置為1且SLEEP被禁止時(shí)，MPU-60X0將循環(huán)。在睡眠模式和喚醒之間以LP_WAKE_CTRL（寄存器108）確定的速率從活動(dòng)傳感器獲取單個(gè)樣本數(shù)據(jù)。
TEMP_DIS設(shè)置為1時(shí)，該位禁用溫度傳感器。
CLKSEL 3位無(wú)符號(hào)值。 指定設(shè)備的時(shí)鐘源。
描述：
該寄存器允許用戶配置電源模式和時(shí)鐘源。它還提供了一些重置整個(gè)設(shè)備，以及一些禁用溫度傳感器。
通過(guò)將 SLEEP 設(shè)置為1，MPU-60X0 可以進(jìn)入低功耗睡眠模式。當(dāng) CYCLE 設(shè)置為1而睡眠模式被禁用時(shí)，MPU-60X0 將進(jìn)入循環(huán)模式。在周期模式下，器件在休眠模式和喚醒之間循環(huán)，以由 LP_WAKE_CTRL（寄存器108）確定的速率從加速計(jì)獲取單個(gè)采樣。要配置喚醒頻率，請(qǐng)使用 電源管理2寄存器（寄存器108）內(nèi)的 LP_WAKE_CTRL。
MPU-60X0 時(shí)鐘源可選擇內(nèi)部 8MHz 振蕩器，基于陀螺儀的時(shí)鐘或外部時(shí)鐘源。當(dāng)選擇內(nèi)部 8MHz 振蕩器或外部時(shí)鐘源作為時(shí)鐘源時(shí)，MPU-60X0 可以在陀螺儀禁用的低功耗模式下工作。
上電時(shí)，MPU-60X0 時(shí)鐘源默認(rèn)為內(nèi)部振蕩器。但是，強(qiáng)烈建議將器件配置為使用其中一個(gè)陀螺儀（或外部時(shí)鐘源）作為時(shí)鐘參考，以提高穩(wěn)定性。時(shí)鐘源可以按照下表進(jìn)行選擇。
（9）寄存器117 - 我是誰(shuí)（WHO_AM_I）
注：位0和7保留。 （硬編碼為0）
參數(shù)：
WHO_AM_I包含MPU-60X0的6位I2C地址。
位6：位1的上電復(fù)位值為110 100。
描述：
該寄存器用于驗(yàn)證設(shè)備的身份，WHO_AM_I的內(nèi)容是MPU-60X0的7位I2C地址的高6位。 MPU-60X0的I2C地址的最低有效位由AD0引腳的值決定。 該寄存器不反映AD0引腳的值。
該寄存器的默認(rèn)值是0x68。
四、實(shí)驗(yàn)步驟
第1步： 連接電路。
樹莓派T型轉(zhuǎn)接板BMP180氣壓傳感器SCLSCLSCLSDASDASDA5V5VVCCGNDGNDGND
第2步： PCF8591模塊采用的是I2C（IIC）總線進(jìn)行通信的，但是在樹莓派的鏡像中默認(rèn)是關(guān)閉的，在使用該傳感器的時(shí)候，我們必須首先允許IIC總線通信。
第3步： 查詢MPU6050的地址。得出地址為0x68。
第4步： 編寫控制程序。使用Python 2編寫的程序比C++簡(jiǎn)潔許多，smbus函數(shù)請(qǐng)?jiān)谥暗腎2C文章中查閱。
樹莓派基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)12：PCF8591模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)結(jié)果示例：
控制程序：
陀螺儀傳感器測(cè)試：陀螺儀傳感器
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陀螺儀傳感器
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陀螺儀傳感器是一個(gè)簡(jiǎn)單易用的基于自由空間移動(dòng)和手勢(shì)的定位的控制系統(tǒng)，它原本是運(yùn)用到直升機(jī)模型上，現(xiàn)已被廣泛運(yùn)用于手機(jī)等移動(dòng)便攜設(shè)備。
中文名
陀螺儀傳感器
外文名
Gyroscope Sensor
概 述
空間移動(dòng)和手勢(shì)的定位
原 理
旋轉(zhuǎn)軸所指方向不受外力影響
基本部件
陀螺轉(zhuǎn)子內(nèi)外框架附件
電子類別分類
二、三自由度陀螺儀之分
作 用
確定運(yùn)動(dòng)物體的方向
物理原理分類
慣性導(dǎo)航儀器
目錄
1
概述
2
原理
3
基本部件
4
傳感器分類
5
發(fā)展方向
6
特性
7
應(yīng)用
陀螺儀傳感器概述
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語(yǔ)音
對(duì)于不熟悉這類產(chǎn)品的人來(lái)說(shuō)，陀螺儀傳感器是一個(gè)簡(jiǎn)單易用的基于自由空間移動(dòng)和手勢(shì)的定位和控制系統(tǒng)。在假想的平面上揮動(dòng)鼠標(biāo)，屏幕上的光標(biāo)就會(huì)跟著移動(dòng)，并可以繞著鏈接畫圈和點(diǎn)擊按鍵。當(dāng)你正在演講或離開桌子時(shí)，這些操作都能夠很方便地實(shí)現(xiàn)。 陀螺儀傳感器原本是運(yùn)用到直升機(jī)模型上的，已經(jīng)被廣泛運(yùn)用于手機(jī)這類移動(dòng)便攜設(shè)備上（IPHONE的三軸陀螺儀技術(shù)）。
陀螺儀傳感器原理
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語(yǔ)音
陀螺儀的原理就是，一個(gè)旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)軸所指的方向在不受外力影響時(shí)，是不會(huì)改變的。人們根據(jù)這個(gè)道理，用它來(lái)保持方向。然后用多種方法讀取軸所指示的方向，并自動(dòng)將數(shù)據(jù)信號(hào)傳給控制系統(tǒng)。我們騎自行車其實(shí)也是利用了這個(gè)原理。輪子轉(zhuǎn)得越快越不容易倒，因?yàn)檐囕S有一股保持水平的力量。現(xiàn)代陀螺儀可以精確地確定運(yùn)動(dòng)物體的方位的儀器，它在現(xiàn)代航空，航海，航天和國(guó)防工業(yè)中廣泛使用的一種慣性導(dǎo)航儀器。傳統(tǒng)的慣性陀螺儀主要部分有機(jī)械式的陀螺儀，而機(jī)械式的陀螺儀對(duì)工藝結(jié)構(gòu)的要求很高。70年代提出了現(xiàn)代光纖陀螺儀的基本設(shè)想，到八十年代以后，光纖陀螺儀就得到了非常迅速的發(fā)展，激光諧振陀螺儀也有了很大的發(fā)展。光纖陀螺儀具有結(jié)構(gòu)緊湊，靈敏度高，工作可靠。光纖陀螺儀在很多的領(lǐng)域已經(jīng)完全取代了機(jī)械式的傳統(tǒng)的陀螺儀，成為現(xiàn)代導(dǎo)航儀器中的關(guān)鍵部件。光纖陀螺儀同時(shí)發(fā)展的除了環(huán)式激光陀螺儀外。
陀螺儀傳感器基本部件
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語(yǔ)音
從力學(xué)的觀點(diǎn)近似的分析陀螺的運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以把它看成是一個(gè)剛體，剛體上有一個(gè)方向支點(diǎn)，而陀螺可以繞著這個(gè)支點(diǎn)作三個(gè)自由度的轉(zhuǎn)動(dòng)，所以陀螺的運(yùn)動(dòng)是屬于剛體繞一個(gè)定點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。更確切地說(shuō)，一個(gè)繞對(duì)稱軸高速旋轉(zhuǎn)的飛輪轉(zhuǎn)子叫陀螺。將陀螺安裝在框架裝置上，使陀螺的自轉(zhuǎn)軸有角轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度，這種裝置的總體叫做陀螺儀。陀螺儀的基本部件有：（1）陀螺轉(zhuǎn)子（常采用同步電機(jī)、磁滯電機(jī)、三相交流電機(jī)等拖動(dòng)方法來(lái)使陀螺轉(zhuǎn)子繞自轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn)，并見其轉(zhuǎn)速近似為常值）；（2）內(nèi)、外框架（或稱內(nèi)、外環(huán)，它是使陀螺自轉(zhuǎn)軸獲得所需角轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的結(jié)構(gòu)）；（3）附件（是指力矩馬達(dá)、信號(hào)傳感器等）。
陀螺儀傳感器傳感器分類
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語(yǔ)音
根據(jù)框架的數(shù)目和支承的形式以及附件的性質(zhì)決定陀螺儀的類型有：（一）、二自由度陀螺儀(只有一個(gè)框架，使轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)軸具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度)。根據(jù)二自由度陀螺儀中所使用的反作用力矩的性質(zhì)，可以把這種陀螺儀分成三種類型：1、積分陀螺儀(它使用的反作用力矩是阻尼力矩)；2、速率陀螺儀(它使用的反作力矩是彈性力矩)；3、無(wú)約束陀螺(它僅有慣性反作用力矩)；除了機(jī)、電框架式陀螺儀以外，還出現(xiàn)了某些新型陀螺儀，如靜電式自由轉(zhuǎn)子陀螺儀，撓性陀螺儀，激光陀螺儀等。（二）、三自由度陀螺儀(具有內(nèi)、外兩個(gè)框架，使轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)軸具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。在沒有任何力矩裝置時(shí)，它就是一個(gè)自由陀螺儀)。
陀螺儀傳感器發(fā)展方向
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語(yǔ)音
現(xiàn)代陀螺儀是一種能夠精確地確定運(yùn)動(dòng)物體的方位的儀器，它是現(xiàn)代航空，航海，航天和國(guó)防工業(yè)中廣泛使用的一種慣性導(dǎo)航儀器，它的發(fā)展對(duì)一個(gè)國(guó)家的工業(yè)，國(guó)防和其它高科技的發(fā)展具有十分重要的戰(zhàn)略意義。傳統(tǒng)的慣性陀螺儀主要是指機(jī)械式的陀螺儀，機(jī)械式的陀螺儀對(duì)工藝結(jié)構(gòu)的要求很高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它的精度受到了很多方面的制約。自從上個(gè)世紀(jì)七十年代以來(lái)，現(xiàn)代陀螺儀的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)全新的階段。1976年科學(xué)家提出了現(xiàn)代光纖陀螺儀的基本設(shè)想，到八十年代以后，現(xiàn)代光纖陀螺儀就得到了非常迅速的發(fā)展，與此同時(shí)激光諧振陀螺儀也有了很大的發(fā)展。由于光纖陀螺儀具有結(jié)構(gòu)緊湊，靈敏度高，工作可靠等等優(yōu)點(diǎn)。和光纖陀螺儀同時(shí)發(fā)展的除了環(huán)式激光陀螺儀外，還有現(xiàn)代集成式的振動(dòng)陀螺儀，集成式的振動(dòng)陀螺儀具有更高的集成度，體積更小，也是現(xiàn)代陀螺儀的一個(gè)重要的發(fā)展方向。
陀螺儀傳感器特性
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語(yǔ)音
首先陀螺儀傳感器最主要的特性是它的穩(wěn)定性和進(jìn)動(dòng)性。我們可以從兒童玩的地陀螺中發(fā)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)的陀螺可以豎直不倒而保持與地面垂直，這就反映出陀螺運(yùn)動(dòng)時(shí)候的穩(wěn)定性。研究陀螺儀運(yùn)動(dòng)特性的理論是繞定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)剛體動(dòng)力學(xué)的一個(gè)分支，它以物體的慣性為基礎(chǔ)，研究旋轉(zhuǎn)物體的動(dòng)力學(xué)特性。可以說(shuō)陀螺儀傳感器是一個(gè)簡(jiǎn)單易用的基于自由空間移動(dòng)和手勢(shì)的定位和控制系統(tǒng)。
陀螺儀傳感器應(yīng)用
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語(yǔ)音
1、國(guó)防工業(yè)陀螺儀傳感器原本是運(yùn)用到直升機(jī)模型上的，而它已經(jīng)被廣泛運(yùn)用于手機(jī)這類移動(dòng)便攜設(shè)備上，不僅僅如此現(xiàn)代陀螺儀是一種能夠精確地確定運(yùn)動(dòng)物體的方位的儀器，所以陀螺儀傳感器是現(xiàn)代航空，航海，航天和國(guó)防工業(yè)應(yīng)用中的必不可少的控制裝置。陀螺儀傳感器是法國(guó)的物理學(xué)家萊昂·傅科在研究地球自轉(zhuǎn)時(shí)命名的，到如今一直是航空和航海上航行姿態(tài)及速率等最方便實(shí)用的參考儀表。
[1]
2、開門報(bào)警器陀螺儀傳感器新的應(yīng)用：測(cè)量開門的角度，當(dāng)門被打開一個(gè)角度后，發(fā)出報(bào)警聲，或者結(jié)合GPRS模塊發(fā)送短信以提醒門被打開了。另外，陀螺儀傳感器集成了加速度傳感器的功能，當(dāng)門被打開的瞬間，將產(chǎn)生一定的加速度值，陀螺儀傳感器將會(huì)測(cè)量到這個(gè)加速度值，達(dá)到預(yù)設(shè)的門檻值后，將發(fā)出報(bào)警聲，或者結(jié)合GPRS模塊發(fā)送短信以提醒門被打開了。報(bào)警器內(nèi)還可以集成雷達(dá)感應(yīng)測(cè)量功能，只要有人進(jìn)入房間內(nèi)移動(dòng)時(shí)就會(huì)被雷達(dá)測(cè)量到。雙重保險(xiǎn)提醒防盜，可靠性高，誤報(bào)率低，非常適合重要場(chǎng)合的防盜報(bào)警。
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解讀詞條背后的知識(shí)
深圳加科電子
行動(dòng)是通向成功的唯一途徑。
Q陀螺儀傳感器讓車載導(dǎo)航更精準(zhǔn)
近年來(lái)為了提高汽車應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性,傳感器融合系統(tǒng)被越來(lái)越多的應(yīng)用到汽車領(lǐng)域,如汽車導(dǎo)航系統(tǒng)中的行人檢測(cè)和預(yù)碰撞警告等,通過(guò)提供精準(zhǔn)的導(dǎo)航信息,為駕駛員提供更安全,更穩(wěn)定,更舒適的出行體驗(yàn),例如在行人檢測(cè)系統(tǒng)中,只使用低成本的紅外傳感器不能檢測(cè)到行人的實(shí)際位置,而利用傳感器...
2020-06-010
南山電子NSCN
品牌企業(yè)
針對(duì)工業(yè)應(yīng)用的抗振動(dòng)和姿態(tài)控制的陀螺儀傳感器：XV7021BB
大家好，今天來(lái)給大家介紹下針對(duì)工業(yè)應(yīng)用的抗振動(dòng)和姿態(tài)控制的陀螺儀傳感器：XV7021BB。XV7021BB陀螺儀傳感器的電源電壓（VDDM）均為2.7V~3.6V，接口電源電壓（VDDI）范圍為1.65V~3.6V，較低的電壓需求便于應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)；XV7021BB內(nèi)置溫度...
2020-12-250
南山電子NSCN
品牌企業(yè)
用于自動(dòng)化機(jī)器的數(shù)字輸出型陀螺儀傳感器：XV7081BB
大家好，今天給大家來(lái)介紹一款用于自動(dòng)化機(jī)器的數(shù)字輸出型陀螺儀傳感器XV7081BB。這款新推出的陀螺儀XV7081BB到底有什么魅力呢？我們可以用常用款用于智能割草機(jī)的XV7011BB作對(duì)比：XV7081BB提供16位或24位分辨率的角速率輸出，速率范圍為±400°/s。而...
2021-02-220
南山電子NSCN
品牌企業(yè)
淺談：EPSON陀螺儀傳感器的特征和用途
大家好今天給大家介紹陀螺傳感器，陀螺儀傳感器。其實(shí)陀螺儀傳感器在很多領(lǐng)域都需要用到。如被用在手機(jī)的攝像頭上，來(lái)防止由于抖動(dòng)對(duì)圖像質(zhì)量的影響。再如當(dāng)汽車行駛過(guò)程中沒有GPS訊號(hào)時(shí)，可以通過(guò)陀螺儀來(lái)測(cè)量汽車的偏航或直線運(yùn)動(dòng)位移，從而繼續(xù)導(dǎo)航等。陀螺儀傳感器有MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)...
2020-06-280
傳感器專家網(wǎng)
深圳傳感網(wǎng)絡(luò)科技有限公司
京瓷新設(shè)備用陀螺儀傳感器估測(cè)碳水化合物含量
導(dǎo)讀：作為慣性技術(shù)中的重要器件，陀螺儀有著廣泛的應(yīng)用，在民用方面，隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，MEMS陀螺儀憑借微型化、易集成等優(yōu)勢(shì)，被用于諸如手機(jī)、各類體感游戲機(jī)、防抖攝像機(jī)、VR等設(shè)備和場(chǎng)景應(yīng)用中。京瓷推出的便攜式碳水化合物監(jiān)測(cè)儀器，資料圖最近，日本知名半導(dǎo)體廠商京瓷（Ky...
2019-10-160
參考資料
1.
陀螺儀傳感器應(yīng)用于國(guó)防工業(yè)
．中國(guó)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)[引用日期2013-01-04]
陀螺儀傳感器測(cè)試：陀螺儀傳感器原理詳細(xì)介紹，看完這篇你就懂了！
陀螺儀傳感器是一種使用簡(jiǎn)單、易于控制的、可基于自由空間進(jìn)行移動(dòng)和手勢(shì)進(jìn)行定位的控制系統(tǒng)。最開始它是運(yùn)用在直升機(jī)的模型上，現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛運(yùn)用在各種便攜移動(dòng)設(shè)備中，越來(lái)越受人們。進(jìn)動(dòng)性和穩(wěn)定性是陀螺儀傳感器的特性，也使得它在運(yùn)行檢測(cè)的時(shí)候能夠保持著比較高的效率。那么，下面就和大家一起來(lái)了解一下陀螺儀傳感器原理，來(lái)看看吧！
陀螺儀傳感器原理
陀螺儀的原理就是，一個(gè)旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)軸所指的方向在不受外力影響時(shí)，是始終不變的。人們利用這個(gè)道理，用它來(lái)保持方向。隨后用多種方法讀取軸所指示的方向，并自動(dòng)將數(shù)據(jù)信號(hào)傳給控制系統(tǒng)。我們騎自行車其實(shí)也是利用了這個(gè)原理。輪子轉(zhuǎn)得越快越?jīng)]那么容易倒，是因?yàn)檐囕S有一股保持水平的力量。現(xiàn)在陀螺儀可以準(zhǔn)確地確定運(yùn)動(dòng)物體的方位的儀器，它在現(xiàn)在航空，航海，航天和國(guó)防工業(yè)中廣泛使用的一種慣性導(dǎo)航儀器。傳統(tǒng)的慣性陀螺儀主要部分有機(jī)械式的陀螺儀，而機(jī)械式的陀螺儀對(duì)工藝結(jié)構(gòu)的要求很高。70年代提出了現(xiàn)在光纖陀螺儀的基本設(shè)想，到八十年代以后，光纖陀螺儀就獲得了非常迅速的發(fā)展，激光諧振陀螺儀也得到很大的發(fā)展。光纖陀螺儀具有結(jié)構(gòu)緊湊，靈敏度高，工作安全可靠。光纖陀螺儀在很多的領(lǐng)域已經(jīng)完全取代了機(jī)械式的傳統(tǒng)的陀螺儀，成為現(xiàn)在導(dǎo)航儀器中的關(guān)鍵部件。光纖陀螺儀同時(shí)發(fā)展的除了環(huán)式激光陀螺儀外。
陀螺儀傳感器有什么用？
1、國(guó)防工業(yè)
陀螺儀傳感器原本是應(yīng)用到直升機(jī)模型上的，而它已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于手機(jī)這類移動(dòng)便攜設(shè)備上，不單單是如此現(xiàn)在陀螺儀是一種能夠準(zhǔn)確地確定運(yùn)動(dòng)物體的方位的儀器，所以陀螺儀傳感器是現(xiàn)在航空，航海，航天和國(guó)防工業(yè)應(yīng)用中的必不可少的控制裝置。陀螺儀傳感器是法國(guó)的物理學(xué)家萊昂·傅科在研究地球自轉(zhuǎn)時(shí)命名的，到現(xiàn)如今一直是航空和航海上航行姿態(tài)及速率等最方便實(shí)用的參考儀表。[1]
2、開門報(bào)警器
陀螺儀傳感器新的應(yīng)用：測(cè)量開門的角度，當(dāng)門被打開一個(gè)角度后，發(fā)出聲響聲，或者結(jié)合GPRS模塊發(fā)送短信以提示門被打開了。另外，陀螺儀傳感器集合了加速度傳感器的功能，當(dāng)門被打開的瞬間，將產(chǎn)生一定的加速度值，陀螺儀傳感器將會(huì)測(cè)量到這個(gè)加速度值，超過(guò)預(yù)設(shè)的門檻值后，將發(fā)出聲響聲，或者結(jié)合GPRS模塊發(fā)送短信以提示門被打開了。報(bào)警器內(nèi)還可以集合雷達(dá)感應(yīng)測(cè)量功能，只需有人進(jìn)入房間內(nèi)移動(dòng)時(shí)就會(huì)被雷達(dá)測(cè)量到。雙重保險(xiǎn)提示防盜，可靠性高，誤報(bào)率低，非常適合關(guān)鍵場(chǎng)合的防盜報(bào)警。
陀螺儀傳感器分類
1、二自由度陀螺儀。
利用二自由度陀螺儀中所使用的反作用力矩的性質(zhì)，可以把這種陀螺儀分成三種類型：
1、積分陀螺儀。
2、速率陀螺儀。
3、無(wú)約束陀螺。
除了機(jī)、電框架式陀螺儀以外，還出現(xiàn)了某些新型陀螺儀，如靜電式自由轉(zhuǎn)子。
陀螺儀傳感器原理手機(jī)是什么？看完本文，相信您對(duì)于陀螺儀傳感器的認(rèn)識(shí)也能夠更近一步了！陀螺儀傳感器環(huán)使用容易，作為現(xiàn)代社會(huì)工業(yè)廣泛使用的一種傳感器，陀螺儀傳感器在市場(chǎng)上的有著廣闊的市場(chǎng)發(fā)展空間。而伴隨著傳感器技術(shù)水平的飛速發(fā)展，在今后，陀螺儀傳感器的使用性能將會(huì)越來(lái)越高效、穩(wěn)定。
陀螺儀傳感器測(cè)試：陀螺儀傳感器工作原理深度解析
原標(biāo)題：陀螺儀傳感器工作原理深度解析
前言：
看過(guò)盜夢(mèng)空間的同志們一定對(duì)電影中的跟上圖的小物件很熟悉——陀螺儀，那么它的工作原理是什么呢?在手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備中是怎么應(yīng)用的呢?現(xiàn)如今的技術(shù)又是怎么樣的呢?本文將帶你深入了解!
一、陀螺儀的歷史
最早的陀螺儀
陀螺儀最早是法國(guó)科學(xué)家在1850年在研究地球自轉(zhuǎn)中獲得靈感而發(fā)明的，如上圖所示，將一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的陀螺放到一個(gè)萬(wàn)向支架上，靠陀螺的方向來(lái)計(jì)算角速度，其簡(jiǎn)易圖如下所示。
中間金色的轉(zhuǎn)子即為陀螺，它因?yàn)閼T性作用是不會(huì)受到影響的，周邊的三個(gè)“鋼圈”則會(huì)因?yàn)樵O(shè)備的改變姿態(tài)而跟著改變，通過(guò)這樣來(lái)檢測(cè)設(shè)備當(dāng)前的狀態(tài)，而這三個(gè)“鋼圈”所在的軸，也就是三軸陀螺儀里面的“三軸”，即X軸、y軸、Z軸，三個(gè)軸圍成的立體空間聯(lián)合檢測(cè)手機(jī)的各種動(dòng)作，陀螺儀的最主要的作用在于可以測(cè)量角速度。
陀螺儀發(fā)明之后，首先應(yīng)用在飛機(jī)上，后來(lái)有被德國(guó)用在導(dǎo)彈中，德國(guó)人設(shè)計(jì)出慣性指導(dǎo)系統(tǒng)，慣性制導(dǎo)系統(tǒng)可以采用陀螺儀確定方向和角速度，用加速度計(jì)測(cè)試加速度，就可以計(jì)算出導(dǎo)彈的路線，從而進(jìn)行飛行姿態(tài)的控制。
傳統(tǒng)的慣性陀螺儀主要是機(jī)械式的陀螺儀，機(jī)械式的陀螺儀對(duì)工藝結(jié)構(gòu)等要求很高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它的精度受到了很多方面的制約。隨著技術(shù)的逐漸發(fā)展，漸漸的發(fā)展處了光纖、激光陀螺儀等等各種較為先進(jìn)的陀螺儀，目前手機(jī)中使用的為MEMS原理的陀螺儀，即硅微機(jī)電陀螺儀。(MEMS：是指集中機(jī)械元素、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的完整微型機(jī)電系統(tǒng)。
二、MEMS陀螺儀的工作原理
MEMS陀螺儀采用的是依賴于相互正交的震動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)引起的交變科里奧利力。
MEMS陀螺儀利用coriolis，將旋轉(zhuǎn)物體的角速度轉(zhuǎn)換成與角速度成正比直流電壓信號(hào)，其核心部件通過(guò)摻雜技術(shù)、光刻技術(shù)、腐蝕技術(shù)、LIGA技術(shù)、封裝技術(shù)等批量生產(chǎn)的。
陀螺儀的內(nèi)部原理是這樣的：對(duì)固定指施加電壓，并交替改變電壓，讓一個(gè)質(zhì)量塊做振蕩式來(lái)回運(yùn)動(dòng)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生科里奧利加速度，此時(shí)就可以對(duì)其進(jìn)行測(cè)量;這有點(diǎn)類似于加速度計(jì)，解碼方法大致相同，都會(huì)用到放大器。
角速率由科氏加速度測(cè)量結(jié)果決定
科氏加速度=2 × (w × 質(zhì)量塊速度)
w是施加的角速率(w=2 πf)
通過(guò)14 kHz共振結(jié)構(gòu)施加的速度(周期性運(yùn)動(dòng))快速耦合到加速度計(jì)框架
科氏加速度與諧振器具有相同的頻率和相位，因此可以抵消低速外部振動(dòng)
該機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與加速度計(jì)相似(微加工多晶硅)
信號(hào)調(diào)理(電壓轉(zhuǎn)換偏移)采用與加速度計(jì)類似的技術(shù)
施加變化的電壓來(lái)回移動(dòng)器件，此時(shí)器件只有水平運(yùn)動(dòng)沒有垂直運(yùn)動(dòng)。如果施加旋轉(zhuǎn)，可以看到器件會(huì)上下移動(dòng)，外部指將感知該運(yùn)動(dòng)，從而就能拾取到與旋轉(zhuǎn)相關(guān)的信號(hào)。
上面的動(dòng)畫，只是抽象展示了陀螺儀的工作原理，而真實(shí)的陀螺儀內(nèi)部構(gòu)造是下面這個(gè)樣子，別不小心誤會(huì)了哦~
三、陀螺儀的應(yīng)用
“陀螺儀”是加速度傳感器的升級(jí)版，加速度傳感器能檢測(cè)和感應(yīng)某一軸向的線性動(dòng)作，而陀螺儀能檢測(cè)和感應(yīng)3D空間的線性和動(dòng)作，從而能夠辨認(rèn)方向、確認(rèn)姿態(tài)、計(jì)算角速度。
自喬布斯發(fā)布第一款帶陀螺儀的手機(jī)時(shí)，讓手機(jī)玩極品飛車類的游戲就成為了可能。
首先就是能夠?qū)︸{駛類游戲做出更真實(shí)的模擬。通過(guò)陀螺儀，能夠?qū)κ謾C(jī)的偏轉(zhuǎn)角度、速度、時(shí)間等進(jìn)行測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)游戲視野的變化和車輛方向速度的改變，讓游戲的體驗(yàn)有了質(zhì)的提升!
其次是能夠幫助攝像頭進(jìn)行防抖(OIS)，通俗來(lái)說(shuō)就是當(dāng)你按下快門的那一刻，陀螺儀檢測(cè)手機(jī)抖動(dòng)的角度，然后根據(jù)角度來(lái)算出鏡頭模組需要補(bǔ)償?shù)木嚯x，讓鏡頭通過(guò)反向運(yùn)動(dòng)來(lái)抵消手機(jī)的抖動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)鏡頭在拍攝的那一刻的絕對(duì)靜止，提高成片率。
再次就是輔助GPS導(dǎo)航，在某些gps信號(hào)弱或者無(wú)信號(hào)的地方，比如隧道等，手機(jī)就可以根據(jù)之前定位的地點(diǎn)和陀螺儀檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)速度和時(shí)間和方向，推算出當(dāng)前的位置，來(lái)達(dá)到暫時(shí)定位的目的。
在手機(jī)的具體應(yīng)用中，通常會(huì)采用A+G方案，即將加速度傳感器和陀螺儀做在一起，從而節(jié)省一路I2C。
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