如何将 MPU9250 IMU 传感器与 Arduino 结合使用

如何将 MPU9250 IMU 传感器与 Arduino 结合使用

MPU9250是一款集成了加速度计、陀螺仪和磁力计的九轴运动传感器，广泛应用于机器人、无人机和虚拟现实等领域。本文将详细介绍如何在Arduino平台上使用MPU9250传感器，包括硬件连接、代码示例以及数据过滤等高级应用。

惯性传感器领域发展迅速，像 MPU9250 这样的设备将加速度计、陀螺仪和磁力计组合在一个模块中，已成为需要精确捕获小运动和大运动的机器人项目、无人机和系统的关键部件。在本文中，我们将探讨如何在 Arduino 中使用该传感器、其显着特性以及一些入门代码示例。
使用 MPU9250 不仅对业余爱好者有用，而且对需要精确测量方向和运动的专业人士也有用。该解决方案允许开发需要了解其在不同轴上运动的稳定系统、自动驾驶车辆和机器人。该传感器的多功能性、准确性和低成本使其在开发人员中赢得了良好的声誉。

什么是MPU9250？

MPU-9250 - 模块...
El微处理器9250它是一个模块，包括加速度计、陀螺仪和磁力计在单个设备上。通过这种组合，传感器能够测量线性加速度和角速度以及其环境的磁场。该Invensense传感器具有9个自由度，这意味着它可以在三个不同的轴上进行测量，包括加速度、旋转（陀螺仪）和磁场（磁力计），从而可以计算设备的完整方向。
该模块旨在使用 SPI 或 I2C 进行通信，这使得它可以轻松连接到 Arduino 或 Raspberry Pi 等开源平台。此外，感谢数字运动处理器 (DMP)，能够执行复杂的计算来融合三个传感器获得的数据并提供更精确的测量。

MPU9250的主要特点

MPU9250 因拥有大量功能而脱颖而出，这使其成为需要捕获精确运动的项目的非常有趣的模块，其中包括：

• 加速度计：加速度可调范围为±2g、±4g、±8g和±16g。
• 陀螺仪：可编程范围为±250°/s、±500°/s、±1000°/s、±2000°/s。
• 磁力计：灵敏度为 0.6μT/LSB，可编程范围高达 4800μT。
• 消费能量：非常低，非常适合便携式设备或需要长时间运行的设备（活动模式下为 3.5 mA）。

MPU9250模块与Arduino的连接

由于模块通过 I2C 协议工作，因此将模块连接到 Arduino 的过程非常简单。他典型连接图MPU9250 和之间 Arduino Uno 是：

• VCC：连接至 3.3V。
• GND：接地 (GND)。
• SDA：连接到Arduino的A4引脚。
• SCL：连接到Arduino的A5引脚。
  确保电源正确非常重要，这样传感器才能正常工作。大多数模块已经有一个稳压器，可以使用 Arduino 的 5V 电压而不会损坏它。

MPU9250 的代码示例

下面我们向您展示如何开始在 Arduino 中对 MPU9250 进行编程，从加速度计、陀螺仪和磁力计读取数据。图书馆**
MPU9250.h
**这对于方便编程非常有用，在我们的示例中我们详细介绍了如何读取原始数据：

#include <Wire.h>
#include <MPU9250.h>
MPU9250 imu(Wire, 0x68);
void setup() {
    Wire.begin();
    Serial.begin(115200);
    if (imu.begin() != 0) {
        Serial.println("Error al iniciar MPU9250");
    } else {
        Serial.println("MPU9250 iniciado");
    }
}
void loop() {
    imu.readSensor();
    Serial.print("Aceleracion: ");
    Serial.print(imu.getAccelX_mss());
    Serial.print(", ");
    Serial.print(imu.getAccelY_mss());
    Serial.print(", ");
    Serial.print(imu.getAccelZ_mss());
    Serial.println();
    delay(1000);
}

此代码读取加速度的三个组成部分。可以使用以下方法类似地获得陀螺仪和磁力计读数
getGyroX_rads()
y
getMagX_uT()
分别。

实际应用

MPU9250 在多种应用中成为不可或缺的工具。让我们探讨一些最重要的：

• 无人机和机器人技术：MPU9250 最常见的用途之一是飞行稳定和机器人系统，在这些系统中获得实时定向至关重要。
• 虚拟现实：通过准确捕获方向和运动，该传感器可用于视频游戏应用程序或虚拟现实模拟器中的跟踪。
• 导航系统：与 GPS 等其他传感器结合使用，MPU9250 可用于惯性导航，以了解运动并检测方向。

磁力计校准

使用 MPU9250 时最重要的步骤之一是磁力计校准。磁力计对于消除磁性环境（例如建筑英尺或其他电子设备的干扰）产生的误差至关重要，因此进行正确的校准对于准确测量至关重要。
为了正确校准磁力计，我们可以使用 RTIMULib-Arduino 库。这是一个简单的校准程序：

#include <RTIMULib.h>
RTIMU *imu;
RTIMUSettings settings;
void setup() {
    Wire.begin();
    Serial.begin(115200);
    imu = RTIMU::createIMU(&settings);
    imu->IMUInit();
    imu->setCalibrationMode(true);
}
void loop() {
    if (imu->IMURead()) {
        RTVector3 mag = imu->getCompass();
        Serial.print("Magnetómetro: ");
        Serial.print(mag.x());
        Serial.print(", ");
        Serial.print(mag.y());
        Serial.print(", ");
        Serial.print(mag.z());
        Serial.println();
    }
}

上面的代码从磁力计读取数据，以便您可以在轴上移动并覆盖所有可能的读数范围。这有助于识别磁场扭曲并改进方向计算。

过滤器提高精度

为了提高 MPU9250 读数的准确性，最常见的方法之一是过滤器实现结合了从陀螺仪、加速度计和磁力计获得的数据。
El互补过滤器这是一个有效且易于实施的解决方案。该滤波器依靠陀螺仪来快速获得结果，而加速度计和磁力计则纠正陀螺仪的长期偏差（称为漂移）。下面的示例中可以看到实现此过滤器的简单代码：

#include <ComplementaryFilter.h>
ComplementaryFilter cf;
void setup() {
    cf.setAccelerometerGain(0.02);
    cf.setMagnetometerGain(0.98);
}
void loop() {
    // Integrar lecturas de acelerómetro y giroscopio
    cf.update(sensorData.accelX, sensorData.gyroX);
    float pitch = cf.getPitch();
    float roll = cf.getRoll();
    Serial.print("Pitch: ");
    Serial.print(pitch);
    Serial.print(" Roll: ");
    Serial.println(roll);
}

该滤波器对于消除陀螺仪漂移并产生更稳定的方向至关重要。此外，与消耗更多资源的卡尔曼滤波器等其他更复杂的方法相比，在 Arduino 等微控制器上执行速度要快得多。

MPU9250 是一款极其通用的解决方案，适用于需要精确定向和运动测量的各种项目。将其连接到 Arduino 并获取基本读数相对简单，并且通过实施一些过滤器，您可以获得适用于各种应用的非常准确且有用的结果。