通过mpu60x0了解运动传感器 _小知识

运动传感器现在几乎成了电子设备不可或缺的一部分了，手机、平板、手环、手表、vr、ar、导航、相机、游戏机甚至螺丝刀都有。

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这种传感器有多种型号，本文通过mpu60x0为例了解这些运动传感器的使用。
这些传感器都是MEMS微机电系统，不要看它尺寸小，里边可包含着一个加速度计和陀螺仪，而它们都是通过微小的机械结构实现的，再通过一定的手段转换为电信号，进而转换为数字信号供我们使用。
【通过mpu60x0了解运动传感器】mpu60x0基本参数：
3轴acc：16bit，±2g, ±4g, ±8g, ±16g；
3轴gyro：16bit，±250, ±500, ±1000, ±2000°/sec (dps)，支持外部同步信号；
温度：数字温度输出；
接口：i2c （400k）或 spi（1M，最高读取速度可达20M）；
FIFO：1024字节；
封装：4x4x0.9mm (QFN)；
供电：2.375V-3.46V，一般就选3.3V；
其他：10000g扛冲击，可编程的低通滤波器，DMP，AUX I2C；
不同品牌和系列的传感器具体参数有所差别，通过这些参数基本上就能了解到这个传感器的基本性能和适用环境。
现在的运动传感器基本上都是以sensor hub的形式推出，除了上面的加速度和陀螺仪，hub还会集成一个处理器，通过这个处理器的加持，可以额外输出更多信息，比如数据融合后的四元素、欧拉角、手势识别、计步等等。同时这种形式也提供了对系统更友好的性能和功耗管理，很多数据不再需要主cpu参与，这样主cpu可以处理其他事情或者进入低功耗状态。
加速度计和陀螺仪由于工作原理不同，它们的功耗也是不同的，通常加速度计的工作电流在500uA以下，而陀螺仪的工作电流可以达到3.6mA，二者完全不在一个等级。所以对功耗要求苛刻的应用要慎重使用陀螺仪，非必要不打开。
数据的读取可以通过数据寄存器直接获的，也可以先放到FIFO中，过一段时间一下全读上来，如果实时性要求很高，毫无疑问得直接读，而如果对时间要求不高，对功耗又有要求，放在FIFO则是最佳选择。
传感器一般都有一个中断输出，比如新数据产生、FIFO满、识别到运动或手势等等，使用中断能够最有效率的获取传感器的数据，而使用轮询如果频率高点，可能会获取到上一次一样的数据，频率低点则可能会丢失最新的数据。
具体到使用，基本上就是根据我们的需要配置好寄存器，然后等待中断读取数据。初始化阶段我们一般会先读取传感器的ID，大部分传感器都有一个自己的ID寄存器（WHO_AM_I），如果与手册上写的值一致，说明通信正常，可以进行后续操作，否则表示通信有问题，我们需要排查i2c或者spi是否正常甚至检查硬件电路是否正常。
读取到ID以后，就可以发命令先reset传感器，让传感器处在复位状态，如果传感器复位后默认是sleep状态（mpu60x0），那就先关闭睡眠，唤醒传感器到工作状态。到此时传感器已经可以读到加速度和陀螺仪的值了，这些值都是按照默认配置工作的（配置寄存器都是0）。如果不符合你的需求，就需要进一步设置，比如中断、采样率、滤波器、传感器量程等等。有些传感器有特殊的工作方式，可以自动以一定的频率在工作和睡眠之间切换，达到低功耗的目的，如果正好符合你的需求，就可以设置为这种模式，一般手册上都有详细的设置步骤。这个地方是我写的mpu6050最简单的初始化以及进入cycle模式的代码esp-ws2812-cube/src/mpu6050.cpp · Guo Yaoxin/ws2812-cube - Gitee.com 。

采样率：mpu60x0的采样率基于陀螺仪的输出率计算得来，最高8k（只有陀螺仪可以达到），加速度最高1k，如果设置为8k，加速度会有多个重复的值。
低通滤波：这里根据采样频率、带宽和延时来选择，一般带宽为采样频率的一半，带宽也不能太小，因为小于260的带宽都有延时，延时过大会影响下一次的采样，所以根据这三个参数就能选择一个最合适的配置。(中间可能会有无法都满足的范围，那就避开这些频率或者酌情选择吧)
量程：量程要根据实际能达到的最大值选取，并不是越大越好，因为ADC只有16bit，采样的数字范围就是（-32768~32767），量程越大分辨率越低，测量的精度就会降低。