摘 要

近年来，MEMS惯性传感器技术得到飞快发展，MEMS惯性传感器在各种不同的领域都得到了很好的应用。惯性传感技术从开始单一的军事应用领域方面逐步转向民用应用领域方面，惯性传感技术不断向更多新的应用领域拓展，传感器的种类不仅多种多样而且性能各异，而倾角传感器是一种将角度信号转换成电信号的传感器，在航天航空、建筑工程、军工行业等领域中也得到非常广泛的应用。

本次设计使用到的MPU6050芯片中包含的3轴加速度计和3轴陀螺仪则是测量数据的关键所在，加速度计可以根据可以根据X、Y、Z三个方向的加速度共同作用，即可得到测量的目标物体的运动加速度，陀螺仪则能精确检测运动物体的具体方位，经过芯片内部的卡尔曼滤波处理后，即可将目标物体运动的姿态通过数据表示出来。

本文主要是对基于MPU6050的倾角传感器的研究，使用51单片机接收MPU6050传感器模块输出的数据，将测量数据在LCD1602上显示出来。通过研究和分析，最终设计出一个以MPU6050传感器模块为主要的测量系统。

关键词：MEMS；倾角传感器；MPU6050

Abstract

In recent years, MEMS inertial sensor technology has developed rapidly, MEMS inertial sensors in a variety of different areas have been very good application. Inertial sensing technology from the beginning of a single military application areas gradually shift to civilian applications, inertial sensing technology continues to more new applications to expand, the type of sensor is not only a variety of different performance and tilt sensor is a A sensor that converts angle signals into electrical signals is also widely used in aerospace, construction, and military applications.

This design uses the MPU6050 chip included in the 3-axis accelerometer and 3-axis gyroscope is the key to measuring data, the accelerometer can be based on the X, Y, Z three directions of acceleration together, you can get Measuring the acceleration of the object, the gyroscope is able to accurately detect the specific orientation of the moving object, after the chip Kalman filter processing, the target object movement can be expressed through the data.

This paper is mainly based on the MPU6050 tilt sensor research, the use of 51 single-chip receiver MPU6050 sensor module output data, the measurement data displayed on the LCD1602. Through the research and analysis, the final design of a MPU6050 sensor module as the main measurement system.

Key words: MEMS; tilt sensor; MPU6050

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的背景和意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 论文的需求分析、研究内容和预期目标 2

1.4 论文的章节安排 3

第2章 MPU6050倾角传感器设计方案 4

2.1 倾角传感器的基本原理 4

2.2 基本设计方案 4

2.2.1 UART串口通信 5

2.2.2 IIC总线 6

2.3 本章小结 6

第3章 MPU6050倾角传感器硬件设计 7

3.1 MPU6050传感器模块 7

3.1.1 MPU6050芯片 8

3.1.2 MPU6050数据测量 8

3.1.3 卡尔曼滤波器 9

3.2 单片机处理模块 9

3.2.1 单片机硬件电路设计 10

3.3 本章小结 12

第4章 MPU6050倾角传感器软件设计 13

4.1 URAT串口通信部分 15

4.2 数据处理部分 16

4.3 按键部分 17

4.4 LCD显示部分 18

4.5 本章小结 18

第5章 数据处理和分析 19

5.1 数据测量及记录 21

5.2 数据分析 24

5.3 本章小结 24

第6章 总结和展望 25

6.1 总结 25

6.2 展望 25

参考文献 27

致 谢 29

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

微机电系统（MEMS）是包括多种不同学科交叉前沿的研究领域，微机电系统在不同的领域里的应用前景都是非常广阔的^[1]。MEMS从上世纪80年代开始就已经受到了非常大的关注和重视，世界各国的各个科研机构对于MEMS的研究资金和研究人员的投入都在不断增加，因此，在这方面的研究取得了非常显著的成就^[2]。MEMS是人类社会的一次技术革命，它对于人类科技的发展进步、经济发展和国防安全等诸多方面都有非常重要的意义,因此,推进MEMS技术的实用化发展对于世界来说具有重大的意义。

传感器技术是一种与现代科学有着密切相关的新兴学科，正处于现代科技的前沿并得到前所未有的迅速的发展，成为了信息技术三大支柱之一^[3]。惯性传感器技术的发展始于上世纪1687年，惯性传感器的理论基础是牛顿三大定律，惯性传感器在上世纪主要用于军事方面，21世纪以来，随着社会对智能交互的迫切需求以及微机电技术（MEMS）的发展，惯性传感器技术也发生了革命性的变化，主要的表现有以下两个方面：

首先，惯性传感器的精度有了大大的提高，从而MEMS惯性传感器得以全面取代传统的惯性传感器，惯性传感技术也向着低成本、高可靠性、小型化等方向发展。其次，惯性传感技术从单一的军事应用领域方面转向民用应用领域方面，惯性传感技术在不断向更多新的应用领域拓展，正如基于MEMS技术的惯性传感器正迅速普及到许多类型的消费电子产品中，其中包括智能手机、平板电脑、游戏机、电视遥控器甚至是最近的电动工具和穿戴式传感器^[4][5]。