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摘 要

MPU6050是全球首款整合性六轴运动处理组件，相较于多组件方案，免除了组合陀螺仪与加速器时轴间差的问题，减少了安装空间。六轴加速度传感器芯片MPU6050内部集成一个三轴加速度传感器和一个三轴陀螺仪，该传感器可以用于四轴飞行器的姿态控制和解算。

课题根据STM32F4作为MCU，制作出一个与MPU6050模块相关的电路板，通过编写程序，实现MPU6050的加速度传感器、陀螺仪数据的读取，经过DMP姿态解算后输出俯仰角、滚转角和偏航角。在数据显示方面，通过晃动电路板，实现了三方面显示：

一、在LCD显示屏上显示各角度数值。

1. 通过通信及MATLAB程序编译，在PC上显示各角度变化曲线及数值。
2. 通过串口上报给上位机，在上位机上实时显示MPU6050的传感器状态曲线，并显示3D姿态。

关键词：MPU6050 姿态解算 图像显示

Motion Measurement System Based on MPU6050

Abstract

MPU6050 is the world's first integrated 6-axis motion processing components. Compare to a multi-component program, Eliminating the problem of the shaft difference when combining a gyroscope and accelerator, and reducing the installation space. Six-axis acceleration sensor chip MPU -6050 integrates a three-axis acceleration sensor and a three-axis gyroscope. This sensor can be used for control of the aircraft and solver of four-axis attitude.

According STM32F4 issue as a template, Create a development board contains with the module MPU6050, by programming, achieve the data reading from the acceleration sensor and the gyroscopes sensor, after the DMP solver attitude output pitch angle, roll angle and yaw angle.In data display, by shaking the development board, consider implementing three aspects :

First, display each angle values on the LCD display.

Second, through communications and MATLAB program compiling, display each curve and angle values on the PC .

Third, report to the host computer through the serial port, display the Real-time MPU6050 sensor status curve on the PC , and display the 3D gesture.

Key words: MPU6050;attitude algorithm; display the image

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题背景 1

1.1.1六轴传感器的应用现状与发展趋势 1

1.1.2位移传感器测量技术现状 1

1.2 MPU6050运动测量的相关研究与应用 2

1.3课题的目的和意义 2

1.4课题研究的内容及论文安排 2

第二章 基于MPU6050六轴传感器的运动测量原理 4

2.1 MPU6050 4

2.1.1 MPU6050基础介绍 4

2.1.2 MPU6050框图 5

2.1.3 MPU6050传感器的检测轴 6

2.1.4加速度传感器介绍 6

2.1.5陀螺仪传感器介绍 6

2.2 STM32F4开发板介绍 8

2.3硬件设计原理 9

2.3.1硬件原理框图 9

2.4软件设计原理 10

第三章 MPU6050六轴传感器的运动测量系统的硬件设计 11

3.1 MCU 11

3.2 IO口 12

3.3 USB串口/串口1 13

3.4 JTAG/SWD 13

3.5 SRAM 14

3.6 LCD模块接口 14

3.7复位电路 15

3.8启动模式设置接口 16

3.9六轴加速度传感器 16

3.10 LED 17

3.11按键 18

3.12电源模块 18

3.12.1外部直流电源输入 18

3.12.2电源输入输出接口 19

第四章 MPU6050六轴传感器的运动测量系统的软件设计 20

4.1MPU6050内部寄存器介绍 20

4.2软件设计 23

4.2.1各部件初始化 23

4.2.2姿态解算 24

第五章 显示结果果及分析 25

结语 27

参考文献 28

致谢 29

附录1：基于MPU6050六轴传感器的运动测量系统电路原理图 30

第一章 绪论

1.1课题背景

1.1.1六轴传感器的应用现状与发展趋势

传统的加速度传感器主要实现单轴加速度的测量，无法通过单个加速度传感器实现对刚体三维位置、姿态的测量。六轴加速度传感器实现空间三个正交轴向的线加速度和绕其角加速度的测量，在工业自动化控制、交通运输监测、地震预测、机器人控制、导航制导、武器技术、摄影摄像设备等领域有着广泛的应用。目前，已经提出的、市面上的六轴加速度传感技术，他们的原理和结构都比较复杂，所以开发出来的六轴加速度传感器的尺寸都比较大，或者在工艺上都显得相对复杂^[1,24]。而且，不够完善的六轴加速度传感器的评估方法和标准，都阻碍了六轴加速度传感器在实际生活中的运用。所以，寻找新的六轴加速度传感方法，开发一些结构相对简单、开发成本低、检测精度高的六轴加速度传感器，建立六轴加速度传感器的传感特性评估方法和标准是发展六轴加速度传感技术的必然需求。

而MPU6050是全球首款整合性六轴运动处理组件，相较于多组件方案，免除了组合陀螺仪与加速器时之轴间差的问题，减少了安装空间。是进行运动测量的良好选择。

1.1.2位移传感器测量技术现状

传感器技术是现代科技的前沿技术，随着计算机辅助设计技术（CAD）、微机电系统（MEMS）技术、光纤技术和信息技术的发展，获取各种信息的传感器已经成为各个应用领域，特别是自动检测、自动控制系统中不可缺少的重要技术工具，越来越成为信息社会赖以存在和发展的物质与技术基础^[2,25]。因此，现如今掌握传感器及检测技术尤为重要。位移是指物体位置相对于对参考点产生的偏移量，它描述的是物体空间位置变化的物理量。位移的定义是由初位置到末位置的有向线段。其大小与路径无关，方向由起点指向终点。它是一个有大小和方向的物理量，即矢量。位移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。其一共经历了两个阶段的发展：经典位移传感器阶段以及半导体位移传感器阶段。

1.2 MPU6050运动测量的相关研究与应用

在生活中，集成了MPU6050的电子设备等也数不胜数。包括行人导航仪、智能手机、平板装置设备、3D遥控器、手持型游戏产品、可携带式导航设备等等。

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