STM32 陀螺仪角度跟踪

如何解决STM32 陀螺仪角度跟踪

我正在使用 2000DPS 的陀螺仪 (L3GD20)

如果有错误，请纠正我，

我首先读取 3 个轴的值 High 和 Low 并将它们连接起来。然后我将每个值乘以 0.07 以将它们转换为 DPS。

我的主要目标是随着时间的推移跟踪角度，所以我简单地实现了一个 Timer，它每隔 dt = 10 ms 读取一次数据 要集成 ValueInDPS * 10ms，这是我正在使用的代码行：

angleX += (resultGyroX)*dt*0.001;   //0.001 to get dt in [seconds]

这应该给我们以 [度] 为单位的角度值，我说得对吗？ 问题是我得到的值有点奇怪，例如当我旋转 90° 时，我得到了 70° 之类的东西......

解决方法

你的方法是不精确和累积误差的秘诀。

• 您应该避免使用浮点数（尤其是在没有 FPU 的情况下），尤其是当此代码位于定时器中断处理程序中时。
• 您应该避免在每个样本上不必要地转换为度/秒 - 该转换仅用于演示，因此您应该仅在需要该值时执行它 - 在内部，积分器应以陀螺仪样本单位工作。立>

此外，如果您同时在 ISR 和普通线程中进行浮点运算并且您有 FPU，您也可能会遇到不相关的错误，因为 FPU 寄存器不会在中断处理程序。总而言之，浮点数只应谨慎使用。

所以让我们假设您有一个函数 gyroIntegrate()，每 10 毫秒精确地调用一次：

static int32_t ax = 0
static int32_t ay = 0
static int32_t az = 0

void gyroIntegrate( int32_t sample_x,int32_t sample_y,int32_t sample_z)
{
    ax += samplex ;
    ay += sampley ;
    az += samplez ;
}

不是 ax 等是原始样本值的积分，因此与相对于起始位置的角度成正比。

要将 ax 转换为度数：

度 = ax × r^-1 × s

地点：

• r 是陀螺仪分辨率，单位为度每秒 (0.07)
• s 是采样率 (100)。

现在你最好避免浮点数，这里完全没有必要； r^-1 x s 是一个常数（在本例中为 1428.571）。因此，要读取积分器表示的当前角度，您可能有一个函数：

#define GYRO_SIGMA_TO_DEGREESx10 14286

void getAngleXYZ( int32_t* int32_t,int32_t* ydeg,int32_t* zdeg )
{
    *xdeg = (ax * 10) / GYRO_SIGMA_TO_DEGREESx10 ;
    *ydeg = (ax * 10) / GYRO_SIGMA_TO_DEGREESx10 ;
    *zdeg = (ax * 10) / GYRO_SIGMA_TO_DEGREESx10 ;
}

getAngleXYZ() 应该在您需要结果时从应用层调用 - 而不是从集成器调用 - 您在需要时进行数学运算，并留出 CPU 周期来做更多有用的事情。

请注意，在上面我忽略了积分器算术溢出的可能性。由于它适用于大约 +/-150 万度 +/-4175 次旋转），因此在某些应用中可能不是问题。您可以使用 int64_t 或者如果您对旋转次数不感兴趣，那么在积分器中只对绝对角度感兴趣：

ax += samplex ;
ax %= GYRO_SIGMA_360 ;

其中 GYRO_SIGMA_360 等于 514286 (360 x s / r)。

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不幸的是，MEMS 传感器数学计算相当复杂。 我个人会使用 STM https://www.st.com/en/embedded-software/x-cube-mems1.html 提供的现成库。

我实际使用过，效果非常好。