使用LSM6DSO加速度计检测倾角

2022-02-09 08:59:23 浏览数 (1)

1、前言

LSM6DSO实际上是六轴传感器,本文只使用到了其中的加速度计,关于LSM6DSO的基础应用可参考ST六轴传感器LSM6DSO使用说明。

2、理论依据(参考自网络)

(1)如果芯片水平静置,X、Y方向的重力分量为0g,而Z轴方向的重力分量为g。如下图所示,X=0,Y=0, Z=g

(2)如果各边与水平方向有一些夹角,如下图所示: X轴方向的加速度大小为Ax,其与水平线的夹角为α1,与重力加速度的夹角α; Y轴方向的加速度为Ay,与水平线的加速度为 β1,与重力加速度g的夹角为β; Z轴方向的加速度为Az,与水平线的加速度为 γ1,与重力加速度g的夹角为γ。

它们的关系为: α = 90度- α1, β = 90度- β1, γ = 90度- γ1; 那么g在各轴方向上的分量为: Ax = gcosα, Ay = gcosβ, Az = gcosγ; 通过计算得到: Ax = gcosα = gcos(90度- α1) = gsinα1, Ay = gsinβ1, Az = gsinγ1;

其中各垂直虚线的大小为: g*g = Ax*Ax gcosα1*gcosα1, 则g在各轴方向上的分量为: gcosα1 = sqrt(g*g - Ax*Ax), gcosβ1 = sqrt(g*g - Ay*Ay), gcosγ1 = sqrt(g*g - Az*Az)

根据立体几何中,g相当于立方体的对角线,Ax、Ay、Az相当于三条边,如图上图所示,虚线大小等于 Ay*Ay Az*Az,所以根据勾股定理Ax*Ax Ay*Ay Az*Az = g*g。 根据以上可以得出,(以X轴为例) : sinα1 = Ax/gcosα1 = sqrt(g*g - Ax*Ax) / g , 那么,tanα1 =(Ax/g) / [sqrt(g*g - Ax*Ax) / g]= Ax / sqrt(g*g - Ax*Ax)= Ax / sqrt(Ay*Ay Az*Az) , 同理推出 tanβ1、tanγ1: tanβ1 = Ay /sqrt(Ax*Ax Az*Az) , tanγ1 = Az /sqrt(Ax*Ax Ay*Ay)

即加速度传感器值与角速度值(弧度)的关系为: tanα1 = Ax / sqrt(Ay*Ay Az*Az)tanβ1 = Ay / sqrt(Ax*Ax Az*Az)tanγ1 = Az / sqrt(Ax*Ax Ay*Ay)

其中 α1 、β1 、γ1分别是X、Y、Z轴和水平线的角速度值即弧度值(并不是我们所说的角度值),Ax 、Ay、Az是三个轴上的加速度值。

那么弧度值分别为: α1=atan(Ax/sqrt(Ay*Ay Az*Az))β1=atan(Ay/sqrt(Ax*Ax Az*Az))γ1=atan(Az/sqrt(Ax*Ax Ay*Ay)), 接下来就得使用数据公式:弧度= θπR/180 。这样算得θ = 弧度*180/πR,其中R取1。最后得到的各轴的角度值分别为: θx=α1*180/π=[atan(Ax/sqrt(Ay*Ay Az*Az))]*180/πθy=β1*180/π=[atan(Ay/sqrt(Ax*Ax Az*Az))]*180/πθz=γ1*180/π=[atan(Az/sqrt(Ax*Ax Ay*Ay))]*180/π

注:上述公式中的atansqrt均是c语言数学库函数math.h中的函数。

3、应用

代码语言:javascript复制
uint8_t Anglecheck(void)
{
	static uint32_t curtick = 0;	
	float acc_x,acc_y,acc_z;
	float angle_x,angle_y,angle_z;
	uint8_t  temp;
	
	if(SystemGetTick()-curtick>=100)
	{
	    LSM6DSOGetAcc(&acc_x,&acc_y,&acc_z);		
		angle_x=(atan(acc_x/(sqrt(acc_y*acc_y acc_z*acc_z))))*180/3.14;
		angle_y=(atan(acc_y/(sqrt(acc_x*acc_x acc_z*acc_z))))*180/3.14;
		angle_z=(atan(acc_z/(sqrt(acc_x*acc_x acc_y*acc_y))))*180/3.14;		
	}
        temp=90-(uint8_t )angle_z;
	return temp;
}

LSM6DSOGetAcc函数用于获取原始数据值,100ms读一次传感器,在本文的应用中,通过计算z轴的角度,判断物体的倾斜度,如果要更精确的姿态计算,可以加入x,y的角度。

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