mpu6050手势姿态解算stm32

### 使用STM32实现MPU6050手势姿态解算

#### 初始化配置
为了使STM32能够与MPU6050通信并执行手势姿态解算，初始化阶段至关重要。这涉及到设置I2C接口来读取和写入数据到MPU6050寄存器[^1]。

void MPU6050_Init(void) {
    // 设置 I2C 接口
    I2C_Config();
    
    // 向 MPU6050 寄存器写入控制参数
    MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_1, 0x00);      // 清除睡眠模式位
    MPU6050_WriteReg(MPU6050_SMPLRT_DIV, 0x07);       // 设置采样率为1kHz/(1+7)=125Hz
    MPU6050_WriteReg(MPU6050_CONFIG, 0x00);           // 配置低通滤波频率为260 Hz
    MPU6050_WriteReg(MPU6050_GYRO_CONFIG, 0x08);      // ±500度/秒范围
    MPU6050_WriteReg(MPU6050_ACCEL_CONFIG, 0x00);     // 加速度计±2g量程
    
    // 确认设备ID正确无误
    uint8_t who_am_i = MPU6050_ReadReg(MPU6050_WHO_AM_I);
}

#### 数据采集
一旦完成初始化过程，接下来就是定期获取来自加速度计和陀螺仪的数据。这些原始测量值对于后续的姿态计算非常重要。

typedef struct {
    int16_t ax;
    int16_t ay;
    int16_t az;
    int16_t gx;
    int16_t gy;
    int16_t gz;
} IMU_Data;

IMU_Data Get_IMU_Data() {
    IMU_Data data;
    uint8_t buffer[14];
    
    // 批量读取所有轴上的加速和角速度信息
    MPU6050_ReadRegs(MPU6050_ACCEL_XOUT_H, buffer, sizeof(buffer));
    
    // 解析缓冲区中的字节流成结构体成员变量
    data.ax = (int16_t)(buffer[0]<<8 | buffer[1]);
    data.ay = (int16_t)(buffer[2]<<8 | buffer[3]);
    data.az = (int16_t)(buffer[4]<<8 | buffer[5]);
    data.gx = (int16_t)(buffer[8]<<8 | buffer[9]);
    data.gy = (int16_t)(buffer[10]<<8 | buffer[11]);
    data.gz = (int16_t)(buffer[12]<<8 | buffer[13]);

    return data;
}

#### 姿态解算算法
基于获得的惯性测量单元(IMU)数据，可以采用互补滤波器或卡尔曼滤波器来进行姿态估计。这里提供了一个简单的互补滤波方法作为例子：

#define G_GAIN  0.070          /* 将ADC单位转换为角度 */
#define A_GAIN  16384.0        /* 将ADC单位转换为重力加速度 */

float angle_pitch = 0;         /* 抬头/低头角度 */
float angle_roll = 0;          /* 左倾/右倾角度 */
float alpha = 0.98f;           /* 补偿因子 */

void Update_Angle(IMU_Data imu_data){
    float acc_angle_pitch = atan(-imu_data.ax / sqrt(pow(imu_data.ay, 2) + pow(imu_data.az, 2))) * RAD_TO_DEG;
    float acc_angle_roll = atan(imu_data.ay / sqrt(pow(imu_data.ax, 2) + pow(imu_data.az, 2))) * RAD_TO_DEG;
    
    angle_pitch = alpha*(angle_pitch + imu_data.gy*DT) + (1-alpha)*acc_angle_pitch;
    angle_roll = alpha*(angle_roll + imu_data.gz*DT) + (1-alpha)*acc_angle_roll;
}

// DT 是两个样本之间的时间间隔，在主循环中更新此时间戳
volatile unsigned long last_time = micros();

while(1){
    IMU_Data current_imu_data = Get_IMU_Data();
    volatile unsigned long now = micros();
    DT = (now - last_time)/1e6;
    last_time = now;
    
    Update_Angle(current_imu_data);

    // 处理得到的角度...
}