四轮两驱小车（三）：STM32驱动MPU6050进行转弯

前言：

        寒假已经过了一半了，前段时间跟学弟一起从零开始搞了一下深度学习，现在才想起来这个系列还没有更完。本篇博客主要介绍一下这个小车转直角弯的神器----MPU6050

MPU6050介绍：

      我所采用的MPU6050是某宝上十几块钱的这种，这种MPU6050有个缺点是带有零点漂移，这个接下来我会在博客里给大家提供我的解决方案，优点显而易见是便宜，如果坏了也不心疼，这可比正点原子的便宜多了。          MPU6050内部整合了三轴MEMS陀螺仪、三轴MEMS加速度计以及一个可扩展的数字运动处理器DMP(Digital Motion Processor)，而且还可以连接一个第三方数字传感器(如磁力计)，这样的话，就可以通过IIC接口输出一个9轴信号(链接第三方数字传感器才可以输出九轴信号，否则只有六轴信号)。当然，上面给大家展示的就是一个6轴的陀螺仪。更加方便的是，有了DMP，可以结合InvenSense公司提供的运动处理资料库，实现姿态解算。通过自带的DMP，可以通过IIC接口输出9轴融合演算的数据，大大降低了运动处理运算对操作系统的负荷，同时也降低了开发难度。其实，简单一句话说，陀螺仪就是测角速度的，加速度传感器就是测角加速度的，二者数据通过算法就可以得到PITCH、YAW、ROLL角了。

        MPU6050对陀螺仪和加速度计分别用了三个16位ADC，将其测量的模拟量转化为可输出的数字量。为了精确跟踪快速和慢速的运动，传感器的测量范围都是用户可控的。陀螺仪的可测范围为±250，±500，±1000，±2000°/秒（dps），加速度计可测范围为±2，±4，±8，±16g。

        下面是一张关于MPU6050的三个姿态角。而刚才提到的零飘问题其实就是Z轴角度出了问题。
        

管脚的使用：

        MPU6050一共有8个引脚，网上不少博主选择使用其中的5个引脚，而我选择了其中的四个引脚，没有使用INT这个引脚。这个引脚是MPU6050的中断引脚，MPU6050会50ms中断一次，我的板子上IO口不是很丰富，就没有用这个引脚。而AD0作为一个地址引脚决定了MPU6050的地址，它接地或者悬空的时候，MPU的地址为0x68，接高电平的时候，MPU的地址为0x69（博主直接悬空了）。而XCL和XDA是用来外接传感器的，这里我没有外接，所以也悬空了。此外，MPU6050的SCL和SDA，我用的是PB8、PB9来软件模拟的IIC，而不是STM32自带的硬件IIC。

代码修改部分：

        这里我给大家展示一下对应的.c和.h文件。这里的文件涉及到的比较多，博主在自学的时候学习了很多博主的代码，发现其中缺的东西很多，要不是少sysclock.h要不就是少sys.h，干脆这里我一并给大家放上一个链接，STM32F103C8T6驱动MPU6050并且在OLED屏幕上显示。提取码：2471

         这里我要给大家强调一下，如果delay函数不对的话，很可能会导致MPU6050的IIC时序不对而发生错误，所以大家最好是参照一下我的文件。此外要给大家强调的一点是如果大家用的管脚不是PB8 PB9而要修改其他的IO口的话，那么除了这里要修改。

         对应的IO操作方向也要注意，这里给大家提个醒，当初我就是没有仔细修改这里，而导致多次初始化失败，具体修改方法可以参考数据手册

        移植完成后，我们就可以通过Read_DMP(&Pitch,&Roll,&Yaw);这个函数来读取对应的角度，这个角度是由DMP结算过的，所以可以拿过来就直接用。

是否需要扶正，是否需要开机校准

        关于这个问题，我并没有出现过网上说的不扶正就不能开机，博主的小车只是用了MPU6050来准确的转一下90°角，所以也就没有过多关注这一块。是否需要开机校准，我觉得还是需要的，当你转过一个90°弯之后，我们可以通过重新让MPU6050初始化，来把转完弯后的方向设置为0°方向，这样方便下一次转弯，在代码逻辑上会减轻不少工作量。

        如果选择开机校准的话，那么我们就要让run_self_test()函数正常运行

static void run_self_test(void)
{int result;long gyro[3], accel[3];result = mpu_run_self_test(gyro, accel);if (result == 0x3) {/* Test passed. We can trust the gyro data here, so let's push it down* to the DMP.*/float sens;unsigned short accel_sens;mpu_get_gyro_sens(&sens);gyro[0] = (long)(gyro[0] * sens);gyro[1] = (long)(gyro[1] * sens);gyro[2] = (long)(gyro[2] * sens);dmp_set_gyro_bias(gyro);mpu_get_accel_sens(&accel_sens);accel[0] *= accel_sens;accel[1] *= accel_sens;accel[2] *= accel_sens;dmp_set_accel_bias(accel);printf("setting bias succesfully ......\r\n");}
}

        博主在让小车完成指令的过程中，采用了状态机的思路（FSM），当小车转弯一个90°之后，即将进入下一个状态的时候，我让MPU6050重新初始化，方便下一次转弯。

IIC_Init();
MPU6050_initialize();     //=====MPU6050初始化	
DMP_Init();
Yaw1 = 0;                //yaw1角度是缓解零飘问题的产物，这里也需要清零。

缓解yaw角零飘问题：

        这个问题其实困扰我很久，当时将MPU6050加到小车上的时候，我使用JLINK给板子烧录程序时，在OLED显示屏上看到的零飘很小，我猜测可能是有JLINK和电池一起供电的原因。我将JLINK断开后，使用电池给板子供电，零飘一秒能有2到3°，这就很离谱了，我从知乎一篇文章那里找到了一个软件的解决方案，那就是按照它的漂移规律，写一个可以随时间变换角度的函数来减缓这个趋势。我一并把代码粘出来，我将这个代码放到了TIM7定时器里，每10ms中断一次，把处理过的角度用OLED显示一下，大概是1分重才漂移1°，这就符合我们的要求了，而这个yaw1就是我们处理过后的角度。

if(++mpu_count == 6000)mpu_count = 0;
Read_DMP(&Pitch,&Roll,&Yaw);
yaw1 = Yaw - 0.001*mpu_count-0.49;

转弯函数：

        这个转弯函数是一个比较简单的写法，我通过两轮的差速来让小车进行转弯，同时利用MPU6050来时刻测算角度，满足指定角度之后，就停止差速转弯。

        这里要注意的一点是，MPU6050在旋转的过程中，如果到了180°左右，会突然变成0，这就说明这时候小车转弯转过了，就要给MPU6050加上一个角度大于0的限制，否则一旦跃变成0，那肯定会不停地旋转。

#include "stm32f10x.h"
#include "move.h"
#include "MPU6050.h"
#include "motor.h"
#include "FSM.h"extern float Yaw1;
//float Target_Left = 85.000;
float bias_r;					//左转函数用到的偏差
float bias_last_r;		//左转函数用到的上一次偏差
float bais_error;
float bias_l;
float bias_last_l;
float media_r;
unsigned char stop_flag;
void turn_right_90(float Yaw1,float Target_right)
{if(Yaw1 < Target_right){	Motor3_forward(1499);Motor4_reverse(8499);}else{Move_stop();}
}
void turn_back(float Yaw1,float Target_right)
{if((Yaw1 < Target_right)&&(Yaw1 > 0)){	Motor3_forward(1499);Motor4_reverse(8499);}else if((Yaw1 > Target_right)||(Yaw1 < 0)){Move_stop();}
}