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摘 要

电子陀螺仪作为一种常见的测量姿态的传感器，已经广泛的运用到了我们生活和工作中。电子陀螺仪同时也是一些设备的重要组成，为设备的动态检测和控制提供数据参考，在手机，无人机，导航，摄像，穿戴式设备等方面有多种运用途径。

本文设计了一种基于电子陀螺仪的基本原理对其进行原始数据的采集和处理，实现数据无线传输的系统，并采用LCD屏显示数据。硬件采用意法集团STM32f10x系列作为主控MCU，电子陀螺仪采用MPU-6050微传感器，无线传输模块采用nRF24L01系列，LCD选用1602型号。

本文着重于研究软件的编写与实现，重点在于实现陀螺仪传感器的测量数据读取以及数据的无线传输，实验结果表明电子陀螺仪的无线数据传输对于远程控制与检测具有重要意义。

关键词：电子陀螺仪 无线数据传输 姿态角

Electronic Gyroscope Wireless Data Acquisition (software)

Abstract

As a common sensor for measuring attitude, an electronic gyroscope has been widely used in our lives and work. Electronic gyro is also an important component of some devices. It provides data reference for dynamic detection and control of devices. There are many ways to use mobile phones, drones, navigation, video, wearable devices and so on.

This paper designs a system based on the basic principle of electronic gyroscopes to collect and process the original data, realize the data wireless transmission system, and use LCD screen to display data. The hardware uses STMicroelectronics STM32f10x series as the main control MCU, the electronic gyroscope uses the MPU-6050 microsensor, the wireless transmission module uses the nrf24l01 series, and the LCD uses the 1602 model.

This article focuses on the study of the preparation and implementation of software, the focus is to achieve the gyroscope sensor data reading and wireless data transmission, the experimental results show that the wireless data transmission of electronic gyroscope is of great significance for remote control and detection.

Key Words: Electronic gyroscope ;Wireless data transmission; Yaw angle

目 录

电子陀螺的无线数据采集（软件） I

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 设计背景 1

1.2 相关技术概况 1

1.3 硬件的选取 2

1.4 硬件部分设计内容 3

1.4 研究内容和组织结构 5

1.4.1 研究内容和程序编写平台 5

1.4.2 课题内容结构 5

第二章 数据采集原理和实现 6

2.1 原始数据读取原理 6

2.1.1 MPU-6050功能 6

2.1.2 I2C原理 8

2.2 软件实现过程 10

2.2.1 实现的流程设计 11

2.2.2 STM32芯片的配置 11

2.2.3 MPU-6050的初始化及寄存器定义 12

2.2.4 MPU-6050数据的读取 13

2.3 原始数据的处理 15

2.3.1 测量值的数据合成 15

2.3.2 有效数据的计算 16

2.3.3 数据分析 17

第三章 无线通信的软件实现 18

3.1 无线芯片选择与介绍 18

3.1.1 硬件功能与引脚 18

3.1.2 数据包模式 19

3.2 NRF24L01的传输原理 19

3.2.1 SPI 原理 19

3.2.2 寄存器指令 20

3.2.2 发送与接收过程 21

3.3 采集数据的无线传输 21

第四章 数据显示和软件系统结构设计 23

4.1 数据显示 23

1.1.1 LCD 简介和原理 23

4.1.2 LCD 的数据显示 24

4.2 控制语句与结构 25

4.3 软件的总体架构和实现 27

4.3.1 发送端流程图与实现 27

4.3.2 接收端流程图与实现 28

4.3.3 总体实现效果 28

第五章 总结与展望 29

5.1 总结 29

5.2 展望 30

参考文献 31

致谢 32

第一章 绪论

1.1 设计背景

作为一种被大范围使用的传感器，电子陀螺仪在涉及工业商业自动化，导航通信，航空航海等方面，对于设备的精确测量与控制成为必不可少的部分。随着电子工业的不断发展与升级，微型传感器的体积与功耗都在不断减小，运算能力以及可扩展性却在不断提升。电子陀螺仪对于姿态的测量受外界条件的影响存在误差与变化，因而选取合适的传感器与合适的算法，实现对数据的准确测量并减小误差并实现无线传输都是本课题的难点所在。

微控制器的需要满足的出色的实时性能，优越的数据处理能力，集成性并且稳定可靠。本课题采用的是STM32F103VET6 微处理器芯片，此系列的芯片拥有基于低功耗的CortexM3内核，32位字宽，72MHz的数据处理能力，多个快速I/O接口，9个标准通信接口，提空丰富的外设资源，便于系统的开发与维护。而集成三轴陀螺仪和三轴加速度计的位传感器MPU-6050成为电子陀螺仪的最佳选择。

1.2 相关技术概况

电子陀螺仪的应用可以在无人机上得到直观的体现，载体的姿态解算是运用于惯性导航系统的关键技术。姿态解算的基本方法是利用滤波后的陀螺仪和加速度计等读出的数据，解算出飞行器的yaw , pitch ,roll三个角。陀螺仪本身用于测量载体的角速度值，通过对角速度进行积分，从而得到载体的旋转角度，但随着积分时间的推移，其积分的误差也将逐渐增大，使得计算的角度与实际角度产生误差。在本次课题中，着重与实现陀螺仪的数据采集和无线传输，对于数据融合的方向未进行深入研究。

在控制方面，我们可以了解到军用或者民用的飞行器大多都具有自动驾驶功能，而实现自动驾驶和对飞行器的自动控制必须通过对飞行器航行姿态的采集以及数据的分析来控制。目前的研究状况是欧美等国的通用航空产业技术技术成熟，在上世纪就实现类数据的采集存储，通讯导航一体的综合杭电设备。随着设备的集成化和微型化，姿态的采集与控制装置应用于更多的领域，但总体上，综合的采集处理设备与航电设备在实现原理有着高度联系。本课题实现的目标便是一个微型的数据采集系统，实现数据的采集处理后能够无线传输并直观显示数据，在无人机，穿戴设备等领域有重要的研究意义和前景。

1.3 硬件的选取

1.微控制芯片MCU的选取：

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