陀螺仪+加速度计卡尔曼滤波

//float gyro_m：陀螺仪测得的量（角速度）

//float incAngle:加计测得的角度值

#define dt 0.0015//卡尔曼滤波采样频率

#define R_angle 0.69 //测量噪声的协方差（即是测量偏差）

#define Q_angle 0.0001//过程噪声的协方差

#define Q_gyro 0.0003 //过程噪声的协方差过程噪声协方差为一个一行两列矩阵

float kalmanUpdate(const float gyro_m,const float incAngle)

{

float K_0;//含有卡尔曼增益的另外一个函数，用于计算最优估计值

float K_1;//含有卡尔曼增益的函数，用于计算最优估计值的偏差

float Y_0;

float Y_1;

float Rate;//去除偏差后的角速度

float Pdot[4];//过程协方差矩阵的微分矩阵

float angle_err;//角度偏量

float E;//计算的过程量

static float angle = 0; //下时刻最优估计值角度

static float q_bias = 0; //陀螺仪的偏差

static float P[2][2] = {{ 1, 0 }, { 0, 1 }};//过程协方差矩阵Rate = gyro_m - q_bias;

//计算过程协方差矩阵的微分矩阵

Pdot[0] = Q_angle - P[0][1] - P[1][0];//？？？？？？Pdot[1] = - P[1][1];

Pdot[2] = - P[1][1];

Pdot[3] = Q_gyro;//？？？？？？

angle += Rate * dt; //角速度积分得出角度

P[0][0] += Pdot[0] * dt; //计算协方差矩阵

P[0][1] += Pdot[1] * dt;

P[1][0] += Pdot[2] * dt;

P[1][1] += Pdot[3] * dt;

angle_err = incAngle - angle; //计算角度偏差

E = R_angle + P[0][0];

K_0 = P[0][0] / E; //计算卡尔曼增益

K_1 = P[1][0] / E;

Y_0 = P[0][0];

Y_1 = P[0][1];

P[0][0] -= K_0 * Y_0; //跟新协方差矩阵

P[0][1] -= K_0 * Y_1;

P[1][0] -= K_1 * Y_0;

P[1][1] -= K_1 * Y_1;

angle += K_0 * angle_err; //给出最优估计值

q_bias += K_1 * angle_err;//跟新最优估计值偏差

return angle;

}

加速度计和陀螺仪指引——数学模型和基本算法

加速度计和陀螺仪指南——数学模型和基本算法 本帖转自https://www.wendangku.net/doc/d32892527.html,/thread-1695-1-1.html 本帖翻译自IMU（加速度计和陀螺仪设备）在嵌入式应用中使用的指南。 这篇文章主要介绍加速度计和陀螺仪的数学模型和基本算法，以及如何融合这两者，侧重算法、思想的讨论. 介绍 本指南旨在向兴趣者介绍惯性MEMS（微机电系统）传感器，特别是加速度计和陀螺仪以及其他整合IMU（惯性测量单元）设备。 IMU单元例子：上图中MCU顶端的ACC Gyro 6DOF，名为USBThumb，支持USB/串口通信 在这篇文章中我将概括这么几个基本并且重要的话题： - 加速度计（accelerometer）检测什么 - 陀螺仪（gyroscope，也称作 gyro）检测什么 - 如何将传感器ADC读取的数据转换为物理单位（加速度传感器的单位是g，陀螺仪的单位是度/秒）

- 如何结合加速度传感器和陀螺仪的数据以得到设备和地平面之间的倾角的准 确信息 在整篇文章中我尽量将数学运算降低到最少。如果你知道什么是正弦、余弦、正切函数，那无论你的项目使用哪种平台你应该都会明白和运用这篇文章中的思想，这些平台如Arduino、Propeller、Basic Stamp、Ateml芯片、PIC芯片等等。 总有些人认为使用IMU单元需要复杂的数学运算（复杂的FIR或IIR滤波，如卡尔曼滤波，Parks-McClellan滤波等）。你如果研究这些会得到很棒且很复杂的结果。我解释事情的方式，只需要基本的数学。我非常坚信简单的原则。我认为一个简单的系统更容易操作和监控，另外许多嵌入式设备并不具备能力和资源去实现需要进行矩阵运算的复杂算法。 我会用我设计的一个新IMU模块——Acc_Gyro Accelerometer + Gyro IMU作为例子。在下面的例子中我们会使用这个设备的参数。用这个模块作为介绍非常合适，因为它由3个设备组成： - LIS331AL (datasheet) – 3轴 2G 模拟加速度计 - LPR550AL (datasheet) –双轴（俯仰、翻滚）500°/s 加速度传感器 - LY550ALH (datasheet) –单轴（偏航）陀螺仪最后这个设备在这篇介绍中不使用，不过他在DCM Matrix implementation中有重要作用 它们一起组成了一个6自由度的惯性测量单元。这是个花哨的名字！然而，在花哨的名字后面是个非常有用的设备组合，接下来我们会详细介绍之。 第一部分加速度计 要了解这个模块我们先从加速度计开始。当我们在想象一个加速度计的时候我们可以把它想作一个圆球在一个方盒子中。你可能会把它想作一个饼干或者甜圈，但我就把它当做一个球好了：

陀螺仪认识入门

谈谈对陀螺仪和加速度传感器的感性认识 前几天看到官网的新规则觉得很有意思看看自己帐号注册2年多了比赛也做了2届从论坛上下了大堆资料也没给论坛贡献什么有价值的东西实在惭愧啊正好自己以前捣鼓过一段时间四轴飞行器把当时收集的一些资料发上来大家共享下吧大部分取自网络还有一部分自己的思考重要的地方用红字标明了来自网络的都用蓝字标明本人才疏学浅论坛里藏龙卧虎有不对的还请大家指正新手看看全当一个感性认识。由于时间太长就不标原文地址了大家搜搜都能搜到另外四轴飞控论坛上已经看到有人跑过去要7260 和EN—03的资料了嘿嘿数据手册其实很好找的相关资料也很多的大家多多利用搜索引擎 啊 加速度传感器测的是什么？ 我觉得很多时候大家都被它的名字给误导了我觉得准确的来说它测的不是加速度至少对于mma7260这类的片子它检测的是它受到的惯性力(包括重力！重力也是惯性力)。那又有人要问了 F=ma 惯性力不就是加速度么？差矣加速度传感器实际上是用MEMS 技术检测惯性力造成的微小形变注意检测的是微小形变所以你把加速度传感器水平静止放在桌子上它的Z轴输出的是1g的加速度因为它Z轴方向被重力向下拉出了一个形变可是你绝对不会认为它在以1g的加速度往下落吧你如果让它做自由落体它的Z轴输出应该是0 给个形象的说法可以把它看成是一块弹弹胶它检测的就是自己在三个方向被外力作用造成的形变。从刚才的分析可以发现重力这个东西实际是个很恶心的东西它能隔空打牛，在不产生加速度的情况下对加速度传感器造成形变，在产生加速度的时候不造成形变，而其他力都做不到。可惜的是，加速度传感器不会区分重力加速度与外力加 速度。 所以，当系统在三维空间做变速运动时，它的输出就不正确了或者说它的输出不能表明物体的姿态和运动状态举个例子当一个物体在空间做自由落体时在X轴受到一个外力作用产生g的加速度这时候x y z 轴的输出分别是 g,0,0 如果这个物体被x轴朝下静止放在水平面上它x y z 轴的输出也分别是 g,0,0 所以说只靠加速度传感器 来估计自己的姿态是很危险而不可取的 加速度传感器有什么用？ 加速度计,可以测量加速度,包括重力加速度,于是在静止或匀速运动（匀速直线运动）的时候,加速度计仅仅测量的是重力加速度,而重力加速度与刚才所说的R坐标系（绝对坐标系）是固连的,通过这种关系,可以得到加速度计所在平面与地面的角度关系也 就是横滚角和俯仰角计算公示如下俯仰角

加速度计和陀螺仪指南

介绍 本指南旨在向兴趣者介绍惯性MEMS（微机电系统）传感器，特别是加速度计和陀螺仪以及其他整合IMU（惯性测量单元）设备。 IMU单元例子：上图中MCU顶端的ACC Gyro 6DOF，名为USBThumb，支持USB/串口 通信 在这篇文章中我将概括这么几个基本并且重要的话题： - 加速度计（accelerometer）检测什么 - 陀螺仪（gyroscope，也称作gyro）检测什么 - 如何将传感器ADC读取的数据转换为物理单位（加速度传感器的单位是g，陀螺仪的单位是度/秒） - 如何结合加速度传感器和陀螺仪的数据以得到设备和地平面之间的倾角的准确信息 在整篇文章中我尽量将数学运算降低到最少。如果你知道什么是正弦、余弦、正切函数，那无论你的项目使用哪种平台你应该都会明白和运用这篇文章中的思想，这些平台如Arduino、Propeller、Basic Stamp、Ateml芯片、PIC芯片等等。总有些人认为使用IMU单元需要复杂的数学运算（复杂的FIR或IIR滤波，如卡尔曼滤波，Parks-McClellan滤波等）。你如果研究这些会得到很棒且很复杂的结果。我解释事情的方式，只需要基本的数学。我非常坚信简单的原则。我认为一个简单的系统更容易操作和监控，另外许多嵌入式设备并不具备能力和资源去实现需要进行矩阵运算的复杂算法。 我会用我设计的一个新IMU模块——Acc_Gyro Accelerometer + Gyro IMU作为例子。在下面的例子中我们会使用这个设备的参数。用这个模块作为介绍非常合适，因为它由3个设备组成： - LIS331AL (datasheet) – 3轴2G 模拟加速度计 - LPR550AL (datasheet) –双轴（俯仰、翻滚）500°/s 加速度传感器 - LY550ALH (datasheet) –单轴（偏航）陀螺仪最后这个设备在这篇介绍中不使用，不过他在DCM Matrix implementation中有重要作用

用“卡尔曼滤波器”来处理“加速度计数据”(加速度,陀螺仪调试)

用“卡尔曼滤波器”来处理“加速度计数据”（加速度，陀螺仪调试） 关键词：SCA3000，ADIS16255，加速度计、陀螺仪数据计算处理算法，卡尔曼滤波器、扩展卡尔曼滤波器。关键词：加速度计和陀螺仪驱动，SCA3000，ADIS16250，ADIS16255，温度、重力加速度、角速度计算方法，SPI总线，SCA3000模式设置（Mode）、参数设置、读写,ADIS16255读写、参数设置,陀螺仪数据处理SCA3000，ADIS16255，加速度计、陀螺仪数据计算处理算法、调试结果，航空模型飞行，无人驾驶飞机，三维数据处理，XYZ角度，水平垂直仪器装置。 最近专注于GPS定位的精度算法研究。众所周知GPS有一定的误差，如果GPS的误差在10米范围的话，远超过了车道的宽度，要想定位在车道上，确实是个难度。可以利用固定GPS基站的方式来校准精度，但还有一个问题，芯片提供的定位周期最快只有一秒。就是说，这一秒范围内的轨迹是空白的，当速度达到一定程度的时候，一秒的距离已经很远，甚至已经完成了一个快速小角度偏转动作。那么这样的话精度将会大大降低。 为了填补这一秒中的轨迹空白，于是我们增加了加速度计和陀螺仪芯片，利用两者数据推算轨迹，将轨迹周期提高到13毫秒。陀螺仪内置有DSP功能模块，精度相当的高。但加速度计在物体运动的时候，有很大的噪声。去掉这些噪声是必须的，我们选择了卡尔曼滤波器。经过滤波以后的，使得噪声有了很大的收敛。给数据的准确性提升了一个很大的台阶。 卡尔曼的5个基本公式： X(k|k-1)=A X(k-1|k-1)+B U(k) (1) P(k|k-1)=A P(k-1|k-1)A’+Q (2) X(k|k)=X(k|k-1)+Kg(k)(Z(k)-H X(k|k-1)) (3) Kg(k)=P(k|k-1)H’/(H P(k|k-1)H’+R) (4) P(k|k)=（I-Kg(k)H）P(k|k-1) (5) 有关其卡尔曼原理这里不再解释，有兴趣的可以搜索来看看。 附图1： 发动机启动后0速度的的加速度波形（上部分和中间部分）： X轴：红色Y轴：绿色，上部分为原始的加速度计波形，中间部分绿色的为经过卡尔曼滤波后的波形。

最全的陀螺仪基础知识详解

最全的陀螺仪基础知识详解 陀螺仪，又叫角速度传感器，是用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置，同时，利用其他原理制成的角运动检测装置起同样功能的装置也称陀螺仪。 一、陀螺仪的名字由来 陀螺仪名字的来源具有悠久的历史。据考证，1850年法国的物理学家莱昂·傅科（J.Foucault）为了研究地球自转，首先发现高速转动中地的转子（rotor），由于它具有惯性，它的旋转轴永远指向一固定方向，因此傅科用希腊字gyro（旋转）和skopein（看）两字合为“gyroscopei”一字来命名该仪器仪表。 最早的陀螺仪的简易制作方式如下：即将一个高速旋转的陀螺放到一个万向支架上，靠陀螺的方向来计算角速度。 其中，中间金色的转子即为陀螺，它因为惯性作用是不会受到影响的，周边的三个“钢圈”则会因为设备的改变姿态而跟着改变，通过这样来检测设备当前的状态，而这三个“钢圈”所在的轴，也就是三轴陀螺仪里面的“三轴”，即X轴、y轴、Z轴，三个轴围成的立体空间联合检测各种动作，然后用多种方法读取轴所指示的方向，并自动将数据信号传给控制系统。因此一开始，陀螺仪的最主要的作用在于可以测量角速度。 二、陀螺仪的基本组成 当前，从力学的观点近似的分析陀螺的运动时，可以把它看成是一个刚体，刚体上有一个万向支点，而陀螺可以绕着这个支点作三个自由度的转动，所以陀螺的运动是属于刚体绕一个定点的转动运动，更确切地说，一个绕对称轴高速旋转的飞轮转子叫陀螺。将陀螺安装在框架装置上，使陀螺的自转轴有角转动的自由度，这种装置的总体叫做陀螺仪。 陀螺仪的基本部件有：陀螺转子（常采用同步电机、磁滞电机、三相交流电机等拖动方法来使陀螺转子绕自转轴高速旋转，并见其转速近似为常值）；内、外框架（或称内、外环，它是使陀螺自转轴获得所需角转动自由度的结构）；附件（是指力矩马达、信号传感器等）。 三、陀螺仪的工作原理 陀螺仪侦测的是角速度。其工作原理基于科里奥利力的原理：当一个物体在坐标系中直线移动时，假设坐标系做一个旋转，那么在旋转的过程中，物体会感受到一个垂直的力和垂直方向的加速度。 台风的形成就是基于这个原理，地球转动带动大气转动，如果大气转动时受到一个切向力，便容易形成台风，而北半球和南半球台风转动的方向是不一样的。用一个形象的比喻解释了科里奥利力的原理。

加速度计和陀螺仪传感器原理、检测及应用

加速度计和陀螺仪传感器原理、检测及应用 摘要：微机电系统（MEMS）在消费电子领域的应用越来越普及，移动市场的增长也带动了MEMS需求的日益旺盛。实际上，MEMS传感器正在成为消费类和移动产品差异化的关键要素，例如游戏控制器、智能手机和平板电脑。MEMS为用户提供了与其智能设备交互的全新方式。本文简要介绍MEMS的工作原理、检测架构以及各种潜在应用。本文网络版地址：http：//https://www.wendangku.net/doc/d32892527.html,/article/247467.htm 关键词：MEMS；加速度计；陀螺仪；传感器 DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2014.5.013 引言 微机电系统（MEMS）将机械和电子元件集成在微米级的小型结构中。利用微机械加工将所有电气器件、传感器和机械元件集成至一片共用的硅基片，从而由半导体和微加工技术组合而成。MEMS系统的主要元件是机械单元、检测电路以及ASIC或微控制器。本文简要介绍MEMS加速度计传感器和陀螺仪，讨论其工作原理、检测结构以及目前市场的热点应用，对我们日常生活具有深远的影响。 1 MEMS惯性传感器 MEMS传感器在许多应用中测量沿一个或多个轴向的

线性加速度，或者环绕一个或多个轴的角速度，以作为输入控制系统（图1）。 MEMS加速度计传感器通常利用位置测量接口电路测 量物体的位移，然后利用模/数转换器（ADC）将测量值转换为数字电信号，以便进行数字处理。陀螺仪则测量物体由于科里奥利加速度而发生的位移。 2 加速度计工作原理 根据牛顿第二定律，物理加速度（m/s2）与受到的合力（N）成正比，与其质量（kg）成反比，加速度方向与合力相同。 上述过程可简单归纳为：作用力导致物体发生位移，进而发生电容变化。将多个电极并联，可获得更大的电容变化，更容易检测到位移（图4）。V1和V2连接至电容的每侧，电容分压器的中心连接到物体。 物体重心的模拟电压通过电荷放大、信号调理、解调及低通滤波，然后利用Σ-ΔADC将其转换为数字信号。将ADC输出的数字比特流送至FIFO缓存器，后者将串行信号转换为并行数据流。随后，可通过诸如I2C或SPI等串行协议读取数据流，再将其送至主机做进一步处理（图5）。 Σ-ΔADC具有信号带宽较窄，分辨率非常高，适合加速度计应用。Σ-ΔADC输出由其位数决定，很容易转换成“g”（单位），用于加速度计算。“g”为重力加速度。

陀螺仪知识整理与解析

陀螺仪知识整理与解析 1、陀螺仪基础知识 (2) 2、Question and answer (2) 3、陀螺仪和加速度计的区别与联系 (3) 4、常用芯片介绍 (3)

1、陀螺仪基础知识 陀螺仪：测量角速度，是角速度传感器。时间积分后得到相对角度。陀螺和加速度计是惯性器件，是用来测量相对惯性空间的角速度（或对于积分类型的陀螺来说是角增量）和加速度。 在三维空间中描述一个刚体运动要六轴，三轴加速度，三轴角速度。测量角速度大部分芯片靠的是测量科特迪奥力，也就是让排水孔的水形成涡旋的力。 角速度跟角速率：速度是矢量、有方向。而速率是标量，只有大小，帶有平均的意味。如果采样点很快的話(dt趋于0)，速度和速率的数值是一样的。 航模的陀螺仪全是角速度传感器，不管是高端还是低端。 mems陀螺仪积分很多时候造成零偏的主要原因应该是随机游走。 2、Question and answer Q：角速度传感器如果在它的测量轴上匀速转动输出是否为定值？ A：是，不过首先要保证你是在匀速转动。 用过几种角速度传感器，发现匀速转动传感器，因为加了高通滤波，传感器输出的电平和静止时的电平一样，只有加速的时候电平才变动。 Q：如果在测量轴的某一位置静态输出为A，那么匀速转过45度后静止，那么此时输出是否为A？ A：如果是静止测量，是如此的。但由于频宽，通常信号有一点点滞后。 Q:用陀螺仪测角度的话，是不是对测出的角速度积分即可？网上看到有些资料说可以用陀螺仪和加速度传感器组合测角度，这种方法具体如何实现？ A：理论上如此，但是由于bias、drift、scale和数值积分的误差，积分结果是会漂移的。 假设加速度计测量到重力加速度时，可以对陀螺仪校正角

加速度计and陀螺仪原理

MEMS加速度计原理 技术成熟的MEMS加速度计分为三种:压电式、容感式、热感式。压电式MEMS加速度计运用的是压电效应，在其内部有一个刚体支撑的质量块，有运动的情况下质量块会产生压力，刚体产生应变，把加速度转变成电信号输出。 容感式MEMS加速度计内部也存在一个质量块，从单个单元来看，它是标准的平板电容器。加速度的变化带动活动质量块的移动从而改变平板电容两极的间距和正对面积，通过测量电容变化量来计算加速度。Freescale的MMA7660FC这一款加速度计（3-Axis Orientation/MotionDetection Sensor），这一款芯片也是利用这一原理设计的。datasheet的第9页介绍了其工作原理：当芯片有向右的加速度时，中间的活动质量快相对于另外两块电容板向左移动，这两平行板电容器的电容就发生了变化，从而测量出芯片运动的加速度。 热感式MEMS加速度计内部没有任何质量块，它的中央有一个加热体，周边是温度传感器，里面是密闭的气腔，工作时在加热体的作用下，气体在内部形成一个热气团，热气团的比重和周围的冷气是有差异的，通过惯性热气团的移动形成的热场变化让感应器感应到加速度值。 由于压电式MEMS加速度计内部有刚体支撑的存在，通常情况下，压电式MEMS加速度计只能感应到“动态”加速度，而不能感应到“静态”加速度，也就是我们所说的重力加速度。而容感式和热感式既能感应“动态”加速度，又能感应“静态”加速度。 从上面的分析中，我们可以看到利用容感式和热感式加速度计进行定向时，加速度计测得的加速度里面包括重力加速度在各个轴上的重力分量和动态运动引起的加速度分量。因而，我觉得我们在利用这一类加速度计进行定向时，必须将动态加速度去掉（较为困难）；在进行检测芯片的运动时，必须将重力加速度的去掉。 师兄，我觉得如果我们选择用加速度计来进行定向的话，我们可以考虑ST的LSM303DLH （5*5*1mm,0.83mA）这一款芯片。这一款芯片集成了测加速度和磁场的功能，完全可以满足我们定向的需求

陀螺仪和加速度总结

陀螺仪、加速度之我见 作者：茶不思 可能一个模块一个模块的讲有些啰嗦,而且这些模块的使用方法网上也有很多教程,我以后就不在说这个了.大家有问题就搜索下吧,很容易找到.我目前用到的外设有:timer,usart,iic,spi,flash,gpio,exit,暂时就这么多. 今天想跟大家谈谈加速度计和陀螺仪,不少人在问加速度计陀螺仪的数据读出来了怎么用,咱们就从这两个传感器的特点开始了解下,了解了特点,用法就很容易了. 以下仅代表个人观点,有哪里不对,还请指出.... 做个比喻吧,加速度计,以下简称加计,大家可以把它想象成一个铁块,这个铁块是个立方体,有前后左右上下六个面,每个面连接有一个弹簧,弹簧另一端假设固定在一个卡车的集装箱里面,这样这个铁块就被这六个弹簧吊在集装箱里面了,由于铁块有重力,所以汽车不动时,上面的弹簧被拉长,下面的弹簧被压缩,这里假设是通过测量弹簧的拉力来输出加速度(实际有可能是电容什么的,这里不做讨论,了解特性就好),六个弹簧,两两一组,正好3个轴,这就是3轴加速度了,静止不动时,只有Z轴也就是上下两根弹簧有读数,其他两对弹簧是平衡的.现在假设汽车在做加速运动,那么不仅仅上下两根弹簧不平衡了,前后两根弹簧也会有变化,前面的弹簧拉长,后面的弹簧压缩,就有了前后方向的加速度.左右也是一个道理. 知道了加计的大致原理,那么加计有什么特点呢?让我们大家想象一种情况,就是这辆卡车行驶在颠簸的路上,集装箱里面的铁块肯定不会稳稳的吊着了,他会随着汽车左摇右摆,上下颠簸,而且有一点大家注意,铁块的此时的摆动,不是完全和汽车同步的,由于惯性等原因,铁块会在里面"乱动",荡来荡去,此时的加速度输出会是怎么样的呢?肯定也是随着铁块"荡来荡去",所以我们得出加计的一大特点,就是对震动很"敏感",如果把飞控板放在桌子上静止不动,可以说随便一个姿态算法的输出都不错,哪怕不滤波.可以当电机一转动起来,震动来了,加计就有了很大的干扰,此时如果处理不好,姿态就乱掉了. 然后我们再说说陀螺仪,陀螺仪顾名思义,肯定和陀螺有很大关系,没错,特点也和陀螺一样.还是假设在这个车里面,我们放上一个小时候玩的陀螺,不管用了什么方法,让它高速旋转起来,大家都知道,这样陀螺是不会倒的,他会尽量保持当前的姿态,陀螺仪正是利用这个特点.我们看两段视频来了解下. 通过视频,大家可以看到,陀螺在高速旋转时,是会尽量保持转轴不变的.那么我们就可以想到陀螺仪的特点了,就是对震动是"不敏感"的,因为它会尽量保持自己不被震动改变,但是陀螺会不断累积误差,造成"漂移". 好了,这里我们知道了加计和陀螺仪的特点,再考虑怎么使用,就简单多了,

加速度计与陀螺仪数据融合

在地面坐标中重力加速度方向为 T G ]1,0,0[0= 在传感器坐标中原重力加速度方向为： T y y x g g g g G ],,[=（方向可归一化） 归一化条件：1222=++z y x g g g (1) 在传感器坐标中加速度为： T z y x a a a a G ],,[=（注意不能归一化，要有大小参考值） 在传感器中真实重力加速度方向为： T z y x b b b b G ],,[=（方向可归一化） 归一化条件：12 22=++z y x b b b ..................................................................(2) g a G G 和的转轴为g a G G ? k g a g a j g a g a i g a g a g g g a a a k j i G G x y y x z x x z y z z y z y x z y x g a )()()(-+-+-==?.............（3） 修正量最小需满足的条件是 b a g a G G G G ??//（4） ])()()//[(])()()[(k b a b a j b a b a i b a b a k g a g a j g a g a i g a g a x y y x z x x z y z z y x y y x z x x z y z z y -+-+--+-+-（5） ?????-=--=--=-)()()()()()(x y y x x y y x z x x z z x x z y z z y y z z y b a b a k g a g a b a b a k g a g a b a b a k g a g a ...........................................................(6) 加速度向真实加速方向投影 b b b a a G G G G G =.........................................................................(8) 所以得到 a b b a G G G G 2= (9) 222222z y x z y x z z y y x x a a a b b b b a b a b a ++++= ++ (10) 在新坐标中 0G T G cg b =

陀螺仪”和“加速度计”工作原理

陀螺仪”和“加速度计”工作原理 2016-09-17 16:14:40 作者：没有夏天的四叶草修改：小马hoty 时间：2016/1/10 最近看到加速度计和陀螺仪比较火，而且也有很多人都在研究。于是也在网上淘了一个mpu6050模块，想用来做自平衡小车。可是使用起来就发愁了。网上关于mpu6050的资料的确不少，但是大家都是互相抄袭，然后贴出一段程序，看完之后还是不知道所以然。经过翻阅各个方面的资料，以及自己的研究在处理mpu6050数据方面有一些心得，在这里和大家分享一下。 1、加速度和陀螺仪原理 当然，在开始之前至少要弄懂什么是加速度计，什么是陀螺仪吧，否则那后边讲的都是没有意义的。简单的说，加速度计主要是测量物体运动的加速度，陀螺仪主要测量物体转动的角速度。这些理论的知识我就不多说了，都可以在网上查到。这里推荐一篇讲的比较详细的文章《AGuide To using IMU (Accelerometer and Gyroscope Devices) inEmbeddedApplications》，在网上可以直接搜索到。 2、加速度测量 在开始之前，不知大家是否还记得加速度具有合成定理？如果不记得可以先大概了解一下，其实简单的举个例子来说就是重力加速度可以理

解成是由x,y,z三个方向的加速度共同作用的结果。反过来说就是重力加速度可以分解成x,y,z三个方向的加速度。 加速度计可以测量某一时刻x,y,z三个方向的加速度值。而自平衡小车利用加速度计测出重力加速度在x,y,z轴的分量，然后利用各个方向的分量与重力加速度的比值来计算出小车大致的倾角。其实在自平衡小车上非静止的时候，加速度计测出的结果并不是非常精确。因为大家在高中物理的时候都学过，物体时刻都会受到地球的万有引力作用产生一个向下的重力加速度，而小车在动态时，受电机的作用肯定有一个前进或者后退方向的作用力，而加速度计测出的结果是，重力加速度与小车运动加速度合成得到一个总的加速度在三个方向上的分量。 不过我们暂时不考虑电机作用产生的运动加速度对测量结果的影响。因为我们要先把复杂的事情分解成一个个简单的事情来分析，这样才能看到成果，才会有信心继续。 下边我们就开始分析从加速度得到角度的方法。如下图，把加速度 计平放，分别画出xyz轴的方向。这三个轴就是我们后边分析所要用到的坐标系。如图一

对于陀螺仪和加速的传感器的认识】

加速度传感器测的是什么？ 我觉得很多时候大家都被它的名字给误导了我觉得准确的来说它测的不是加速度至少对于mma7260这类的片子它检测的是它受到的惯性力(包括重力！重力也是惯性力)。那又有人要问了F=ma 惯性力不就是加速度么？差矣加速度传感器实际上是用MEMS技术检测惯性力造成的微小形变注意检测的是微小形变所以你把加速度传感器水平静止放在桌子上它的Z轴输出的是1g的加速度因为它Z轴方向被重力向下拉出了一个形变可是你绝对不会认为它在以1g的加速度往下落吧你如果让它做自由落体它的Z轴输出应该是0 给个形象的说法可以把它看成是一块弹弹胶它检测的就是自己在三个方向被外力作用造成的形变。从刚才的分析可以发现重力这个东西实际是个很恶心的东西它能隔空打牛，在不产生加速度的情况下对加速度传感器造成形变，在产生加速度的时候不造成形变，而其他力都做不到。可惜的是，加速度传感器不会区分重力加速度与外力加速度。 所以，当系统在三维空间做变速运动时，它的输出就不正确了或者说它的输出不能表明物体的姿态和运动状态举个例子当一个物体在空间做自由落体时在X轴受到一个外力作用产生g的加速度这时候x y z 轴的输出分别是g,0,0 如果这个物体被x轴朝下静止放在水平面上它x y z 轴的输出也分别是g,0,0 所以说只靠加速度传感器来估计自己的姿态是很危险而不可取的 加速度传感器有什么用？ 加速度计,可以测量加速度,包括重力加速度,于是在静止或匀速运动（匀速直线运动）的时候,加速度计仅仅测量的是重力加速度,而重力加速度与刚才所说的R坐标系（绝对坐标系）是固连的,通过这种关系,可以得到加速度计所在平面与地面的角度关系也就是横 滚角和俯仰角计算公示如下俯仰角横滚角 陀螺仪测的是什么？ 陀螺仪可以测量角速度,具有高动态特性,但是它是一个间接测量器件,它测量的是角度的导数,角速度,显然我们要将角速度对时间积分才能得到角度看到积分我想敏感的同学马上就能发现一个致命的问题积分误差 积分误差的来源主要有两个一个是积分时间积分时间Dt越小，输出角度越准一个是器件本身的误差假设陀螺仪固定不动,理想角速度值是0dps(degree per second)，但是有一个偏置0.1dps加在上面,于是测量出来是0.1dps,积分一秒之后,得到的角度是0.1度,1分钟之后是6度,还能忍受,一小时之后是360度,转了一圈所以说陀螺仪在短时间内有很大的参考价值 陀螺仪另外一个问题是它的测量基准是自身，并没有系统外的绝对参照物重力轴是个绝好的参照物因此需要陀螺仪和加速度传感器的配合使用如果要测偏航角YAW 还需要电子罗盘感知地磁方向给出水平方向的绝对参考（当然这个在智能车上不存在吧······——！） 陀螺仪和加速度传感器的融合 除了给出绝对参考系陀螺仪和加速度传感器相互融合使用的最重要的原因是： 综合考虑，加速度计是极易受外部干扰的传感器，但是测量值随时间的变化相对较小。陀螺仪可以积分得到角度关系，动态性能好，受外部干扰小，但测量值随时间变化比较大。可以看出，它们优缺点互补，结合起来才能有好的效果 用通俗点的话来说就是无论工作多久加速度传感器如果没收到外部干扰它测的就一定是准的！陀螺仪虽不会受到外部干扰可是时间长了由于积分误差累计它的值就全错

陀螺仪+加速度计卡尔曼

//float gyro_m：陀螺仪测得的量（角速度） //float incAngle:加计测得的角度值 #define dt 0.0015//卡尔曼滤波采样频率 #define R_angle 0.69 //测量噪声的协方差（即是测量偏差） #define Q_angle 0.0001//过程噪声的协方差 #define Q_gyro 0.0003 //过程噪声的协方差过程噪声协方差为一个一行两列矩阵float kalmanUpdate(const float gyro_m,const float incAngle) { float K_0;//含有卡尔曼增益的另外一个函数，用于计算最优估计值 float K_1;//含有卡尔曼增益的函数，用于计算最优估计值的偏差 float Y_0; float Y_1 float Rate;//去除偏差后的角速度 float Pdot[4];//过程协方差矩阵的微分矩阵 float angle_err;//角度偏量 float E;//计算的过程量 static float angle = 0; //下时刻最优估计值角度 static float q_bias = 0; //陀螺仪的偏差 static float P[2][2] = {{ 1, 0 }, { 0, 1 }};//过程协方差矩阵 Rate = gyro_m - q_bias; //计算过程协方差矩阵的微分矩阵 Pdot[0] = Q_angle - P[0][1] - P[1][0];//？？？？？？ Pdot[1] = - P[1][1]; Pdot[2] = - P[1][1]; Pdot[3] = Q_gyro;//？？？？？？ angle += Rate * dt; //角速度积分得出角度 P[0][0] += Pdot[0] * dt; //计算协方差矩阵 P[0][1] += Pdot[1] * dt; P[1][0] += Pdot[2] * dt; P[1][1] += Pdot[3] * dt; angle_err = incAngle - angle; //计算角度偏差 E = R_angle + P[0][0]; K_0 = P[0][0] / E; //计算卡尔曼增益 K_1 = P[1][0] / E; Y_0 = P[0][0]; Y_1 = P[0][1]; P[0][0] -= K_0 * Y_0; //跟新协方差矩阵 P[0][1] -= K_0 * Y_1; P[1][0] -= K_1 * Y_0; P[1][1] -= K_1 * Y_1; angle += K_0 * angle_err; //给出最优估计值 q_bias += K_1 * angle_err;//跟新最优估计值偏差 return angle;}

加速度计和陀螺仪设备在嵌入式应用中使用的指南

本帖翻译自IMU（加速度计和陀螺仪设备）在嵌入式应用中使用的指南。 这篇文章主要介绍加速度计和陀螺仪的数学模型和基本算法，以及如何融合这两者，侧重算法、思想的讨论 介绍 本指南旨在向兴趣者介绍惯性MEMS（微机电系统）传感器，特别是加速度计和陀螺仪以及其他整合IMU（惯性测量单元）设备。 IMU单元例子：上图中MCU顶端的ACC Gyro 6DOF，名为USBThumb，支持USB/串口通信 在这篇文章中我将概括这么几个基本并且重要的话题： - 加速度计（accelerometer）检测什么 - 陀螺仪（gyroscope，也称作 gyro）检测什么 - 如何将传感器ADC读取的数据转换为物理单位（加速度传感器的单位是g，陀螺仪的单位是度/秒） - 如何结合加速度传感器和陀螺仪的数据以得到设备和地平面之间的倾角的准确信息 在整篇文章中我尽量将数学运算降低到最少。如果你知道什么是正弦、余弦、正切函数，那无论你的项目使用哪种平台你应该都会明白和运用这篇文章中的思想，这些平台如Arduino、Propeller、Basic Stamp、Ateml芯片、PIC芯片等等。总有些人认为使用IMU 单元需要复杂的数学运算（复杂的FIR或IIR滤波，如卡尔曼滤波，Parks-McClellan滤波等）。你如果研究这些会得到很棒且很复杂的结果。我解释事情的方式，只需要基本的数学。我非常坚信简单的原则。我认为一个简单的系统更容易操作和监控，另外许多嵌入式设备并不具备能力和资源去实现需要进行矩阵运算的复杂算法。 我会用我设计的一个新IMU模块——Acc_Gyro Accelerometer + Gyro IMU作为例子。在下面的例子中我们会使用这个设备的参数。用这个模块作为介绍非常合适，因为它由3个设备组成： - LIS331AL (datasheet) – 3轴 2G 模拟加速度计

加速度传感器和陀螺仪传感器.

加速度传感器和陀螺仪的区别加速度计用于测量加速度。借助一个三轴加速度计可以测得一个固定平台相对地球表面的运动方向，但是一旦平台运动起来，情况就会变得复杂的多。如果平台做自由落体，加速度计测得的加速度值为零。如果平台朝某个方向做加速度运动，各个轴向加速度值会含有重力产生的加速度值，使得无法获得真正的加速度值。例如，安装在60度横滚角飞机上的三轴加速度计会测得2G的垂直加速度值，而事实上飞机相对地区表面是60度的倾角。因此，单独使用加速度计无法使飞机保持一个固定的航向。飞机的横滚角陀螺仪测量机体围绕某个轴向的旋转角速率值。使用陀螺仪测量飞机机体轴向的旋转角速率时，如果飞机在旋转，测得的值为非零值，飞机不旋转时，测量的值为零。因此，在60度横滚角的飞机上的陀螺仪测得的横滚角速率值为零，同样在飞机做水平直线飞行时，角速率值为零。可以通过角速率值的时间积分来估计当前的横滚角度，前提是没有误差的累积。陀螺仪测量的值会随时间漂移，经过几分钟甚至几秒钟定会累积出额外的误差来，而最终会导致对飞机当前相对水平面横滚角度完全错误的认知。因此，单独使用陀螺仪也无法保持飞机的特定航向。飞机的俯仰角飞机横滚角飞机偏航角一言以蔽之，加速度计在较长时间的测量值（确定飞机航向）是正确的，而在较短时间内由于信号噪声的存在，而有误差。陀螺仪在较短时间内则比较准确而较长时间则会有与漂移而存有误差。因此，需要两者（相互调整）来确保航向的正确。即使使用了两者，也只可以用于测得飞机的俯仰和横滚角度。对于偏航角度，由于偏航角和重力方向正交，无法用加速度计测量得到，因此还需要采用其他设备来校准测量偏航角度的陀螺仪的漂移值。校准的设备可以使用磁罗盘计（电子磁罗盘，对磁场变化和惯性力敏感）或者GPS。 GPS数据更新较慢（1Hz 到10Hz），并且短时间内存在误差。可以只用GPS就可在地磁平稳的时间内，在地面跟踪较为稳定和慢速的飞行器。惯性导航单元（IMU）组合（融合）来自两个或以上的传感器（例如陀螺仪、加速度计、磁场计和/或GPS）信息用于飞机相对地球的航向矢量和速度矢量。这种融合算法相当复杂，同时还需要对这些电子器件固有的测量噪声进行特殊滤波，因此市场上具有还算过得去的参数，“廉价”的IMU的价格也要 1000至5000美元。红外水平感应辅助导航仪价格便宜，只要有水平清晰的视觉，它工作良好。不幸的是，山峰、云层、烟雾和建筑等会影响其水

AHRS和imu的比较和加速度陀螺仪的融合

AHRS（航姿参考系统）和IMU（惯性测量单元）的区别 分类：算法学习2014-05-28 15:12 565人阅读评论(0) 收藏举报AHRS（航姿参考系统）和IMU（惯性测量单元）的区别【转】 刚开始的时候我总是搞不清楚AHRS和 IMU的区别。。不知道这有什么区别。。后来慢慢的慢慢的，我理解了～AHRS 俗称航姿参考系统，AHRS由加速度计，磁场计，陀螺仪构成，AHRS的真正参考来自于地球的重力场和地球的磁场～～他的静态终精度取决于对磁场的测量精度和对重力的测量精度 ,而则陀螺决定了他的动态性能。 这就是AHRS～在这种前提下。说明AHRS离开了地球这种有重力和磁场环境的时候是没法正常工作的～～而且特别注意。。磁场和重力场越正交，则航姿测量效果越好～～也就是说如果磁场和重力场平行了，比如在地磁南北极。。这里的磁场是向下的，即和重量场方向相同了。。这个时候航线交是没法测出的～～这是航姿系统的缺陷所在。。在高纬度的地方航线角误差会越来越大～～ （IMU）Inertial measurement unit，（非内蒙古大学——Inner Mongolia University）学名惯性测量单元，大学的理论力学告诉我们，所有的运动都可以分解为一个直线运动和一个旋转运动，故这个惯性测量单元就是测量这两种运动，直线运动通过加速度计可以测量，旋转运动则通过陀螺。。 我假设IMU的陀螺和加速度计的测量是没有任何误差的～～那么通过陀螺则可以精确的测量物体的姿态。。通过加速度计可以二次积分得出位移，实现完整的6DOF,也就是说你带着一台这种理论型的IMU在宇宙任何位置运动。。我们都可以知道他当前的姿态和相对位移～～这将不局限于任何场。。 从上面的描述何以看出。实际上AHRS比IMU还多一个磁场传感器，而为什么AHRS 的级别却低于IMU而需要依赖于重力场和磁场呢～～这是由传感器器件架构所决定的。。AHRS的传感器通常是成本低廉的mems传感器。。这种传感器的陀螺仪和加速度计的噪声相对来说很大，以平面陀螺为例用ADI的陀螺仪进行积分一分钟会漂移2度左右，这种前提下如果没有磁场和重力场来修正三轴陀螺的话。。那么基本上3分钟以后物体的实际姿态和测量输出姿态就完全变样了～～所以在这种低价陀螺仪和加速度计的架构下必须运用场向量来进行修正～～ 而IMU实际上也是这样的。。。因为我们知道没有绝对精确的传感器，只有相对精确的传感器，IMU的陀螺仪用的是光纤陀螺或者机械陀螺～～这种陀螺的成本很高。。精度相对mems陀螺也很高～～精度高不代表准确， IMU的姿态精度参数通常是一小时飘多少度，比如xbow的低端的有一小时3度的。。 而用加速度计积分做位置的话。AHRS是不现实的（1分钟就能飘出几十米。。而且是成二次方的速度递增）。。AHRS通常要结合GPS和气压计做位置～～我听说的IMU积分做位置的是一天多少海里。。这样的一个参数数量级。。也许在海上还能用的到～～ 这就是AHRS和IMU在我的理解里的一个差异。。自己给自己梳理

谈谈对陀螺仪和加速度传感器的感性认识

前几天看到官网的新规则觉得很有意思看看自己帐号注册2年多了比赛也做了2届从论坛上下了大堆资料也没给论坛贡献什么有价值的东西实在惭愧啊正好自己以前捣鼓过一段时间四轴飞行器把当时收集的一些资料发上来大家共享下吧大部分取自网络还有一部分自己的思考重要的地方用红字标明了来自网络的都用蓝字标明本人才疏学浅论坛里藏龙卧虎有不对的还请大家指正新手看看全当一个感性认识。由于时间太长就不标原文地址了大家搜搜都能搜到另外四轴飞控论坛上已经看到有人跑过去要7260 和EN—03的资料了嘿嘿数据手册其实很好找的相关资料也很多的大家多多利用搜索引擎啊 加速度传感器测的是什么？ 我觉得很多时候大家都被它的名字给误导了我觉得准确的来说它测的不是加速度至少对于mma7260这类的片子它检测的是它受到的惯性力(包括重力！重力也是惯性力)。那又有人要问了 F=ma 惯性力不就是加速度么？差矣加速度传感器实际上是用MEMS技术检测惯性力造成的微小形变注意检测的是微小形变所以你把加速度传感器水平静止放在桌子上它的Z轴输出的是1g的加速度因为它Z轴方向被重力向下拉出了一个形变可是你绝对不会认为它在以1g的加速度往下落吧你如果让它做自由落体它的Z轴输出应该是0 给个形象的说法可以把它看成是一块弹弹胶它检测的就是自己在三个方向被外力作用造成的形变。从刚才的分析可以发现重力这个东西实际是个很恶心的东西它能隔空打牛，在不产生加速度的情况下对加速度传感器造成形变，在产生加速度的时候不造成形变，而其他力都做不到。可惜的是，加速度传感器不会区分重力加速度与外力加速度。 所以，当系统在三维空间做变速运动时，它的输出就不正确了或者说它的输出不能表明物体的姿态和运动状态举个例子当一个物体在空间做自由落体时在X轴受到一个外力作用产生g的加速度这时候x y z 轴的输出分别是 g,0,0 如果这个物体被x轴朝下静止放在水平面上它x y z 轴的输出也分别是 g,0,0 所以说只靠加速度传感器来估计自己的姿态是很危险而不可取的加速度传感器有什么用？ 加速度计,可以测量加速度,包括重力加速度,于是在静止或匀速运动（匀速直线运动）的时候,加速度计仅仅测量的是重力加速度,而重力加速度与刚才所说的R坐标系（绝对坐标系）是固连的,通过这种关系,可以得到加速度计所在平面与地面的角度关系也就是横滚角和俯仰角计算公示如下俯仰角 横滚角 陀螺仪测的是什么？ 陀螺仪可以测量角速度,具有高动态特性,但是它是一个间接测量器件,它测量的是角度的导数,角速度,显然我们要将角速度对时间积分才能得到角度看到积分我想敏感的同学马上就能发现一个致命的问题积分误差 积分误差的来源主要有两个一个是积分时间积分时间Dt越小，输出角度越准一个是器件本身的误差假设陀螺仪固定不动,理想角速度值是0dps(degree per second)，但是有一个偏置

陀螺仪传感器和加速度传感器的区别和相关应用

陀螺仪传感器和加速度传感器的区别和相关应用 对于不熟悉这类产品的人来说，陀螺仪传感器是一个简单易用的基于自由空间移动和手势的定位和控制系统。在假想的平面上挥动鼠标，屏幕上的光标就会跟着移动，并可以绕着链接画圈和点击按键。当你正在演讲或离开桌子时，这些操作都能够很方便地实现。陀螺仪传感器原本是运用到直升机模型上的，已经被广泛运用于手机这类移动便携设备上（IPHONE的三轴陀螺仪技术）。 陀螺仪的原理就是，一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。人们根据这个道理，用它来保持方向。然后用多种方法读取轴所指示的方向，并自动将数据信号传给控制系统。我们骑自行车其实也是利用了这个原理。轮子转得越快越不容易倒，因为车轴有一股保持水平的力量。现代陀螺仪可以精确地确定运动物体的方位的仪器，它在现代航空，航海，航天和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器。传统的惯性陀螺仪主要部分有机械式的陀螺仪，而机械式的陀螺仪对工艺结构的要求很高。70年代提出了现代光纤陀螺仪的基本设想，到八十年代以后，光纤陀螺仪就得到了非常迅速的发展，激光谐振陀螺仪也有了很大的发展。光纤陀螺仪具有结构紧凑，灵敏度高，工作可靠。光纤陀螺仪在很多的领域已经完全取代了机械式的传统的陀螺仪，成为现代导航仪器中的关键部件。光纤陀螺仪同时发展的除了环式激光陀螺仪外。 陀螺仪传感器应用 1、国防工业 陀螺仪传感器原本是运用到直升机模型上的，而它现在已经被广泛运用于手机这类移动便携设备上，不仅仅如此现代陀螺仪是一种能够精确地确定运动物体的方位的仪器，所以陀螺仪传感器是现代航空，航海，航天和国防工业应用中的必不可少的控制装置。陀螺仪传感器是法国的物理学家莱昂傅科在研究地球自转时命名的，到如今一直是航空和航海上航行姿态及速率等最方便实用的参考仪表。 2、开门报警器