基于STM32的九轴传感器姿态解算计算详细代码

由于九轴传感器姿态解算计算涉及到算法知识较为复杂，因此在此提供一个基于STM32的九轴传感器姿态解算计算的参考代码，仅供参考。

首先需要先明确九轴传感器的三个主要部分：加速度计、陀螺仪和磁力计。加速度计测量的是重力加速度和角度加速度，陀螺仪测量的是角速度，磁力计测量的是地磁场的方向和大小。在进行姿态解算计算时，需要将这三个传感器的数据进行融合处理，得到物体的姿态信息。

以下是基于STM32的九轴传感器姿态解算计算的参考代码，仅供参考。

#include "stm32f10x.h"
#include "math.h"

#define PI 3.1415926f

float Q[4] = {1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f};  // 四元数数组，初始值为单位四元数
float acc[3], gyro[3], mag[3];          // 加速度、陀螺仪和磁力计数据

float dt = 0.01f;   // 采样周期，单位为秒
float beta = 0.1f;  // 比例增益，用于调整姿态解算的收敛速度

// 单位四元数数组，用于将加速度和磁力计数据转换为姿态角度
float q_acc[4] = {1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f};
float q_mag[4] = {1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f};

// 用于存储欧拉角和四元数的结构体
typedef struct {
    float roll;
    float pitch;
    float yaw;
    float q0;
    float q1;
    float q2;
    float q3;
} Attitude;

Attitude att;   // 姿态信息

// 初始化函数，用于初始化九轴传感器
void Sensor_Init(void)
{
    // 初始化加速度计
    // ...

    // 初始化陀螺仪
    // ...

    // 初始化磁力计
    // ...
}

// 用于将加速度和磁力计数据转换为姿态角度
void Quaternion_FromAccMag(float *q, float *acc, float *mag)
{
    float norm;
    float hx, hy, _2bx, _2bz;
    float q1, q2, q3, q4;
    float s1, s2, s3, s4;

    // 归一化加速度和磁力计数据
    norm = sqrtf(acc[0]*acc[0] + acc[1]*acc[1] + acc[2]*acc[2]);
    acc[0] /= norm;
    acc[1] /= norm;
    acc[2] /= norm;

    norm = sqrtf(mag[0]*mag[0] + mag[1]*mag[1] + mag[2]*mag[2]);
    mag[0] /= norm;
    mag[1] /= norm;
    mag[2] /= norm;

    // 计算姿态四元数
    hx = mag[0]*q[0] - mag[2]*q[2];
    hy = mag[0]*q[1] + mag[1]*q[3] + mag[2]*q[0];
    _2bx = sqrtf(hx*hx + hy*hy);
    _2bz = mag[1]*q[0] - mag[0]*q[2];

    s1 = 2.0f*(q[1]*q[3] - q[0]*q[2]) - acc[0];
    s2 = 2.0f*(q[0]*q[1] + q[2]*q[3]) - acc[1];
    s3 = 2.0f*(0.5f - q[1]*q[1] - q[2]*q[2]) - acc[2];
    s4 = 2.0f*_2bx*(0.5f - q[2]*q[2] - q[3]*q[3]) + 2.0f*_2bz*(q[1]*q[3] - q[0]*q[2]);

    q1 = q[0] + beta*dt*s1;
    q2 = q[1] + beta*dt*s2;
    q3 = q[2] + beta*dt*s3;
    q4 = q[3] + beta*dt*s4;

    // 归一化四元数
    norm = sqrtf(q1*q1 + q2*q2 + q3*q3 + q4*q4);
    q[0] = q1 / norm;
    q[1] = q2 / norm;
    q[2] = q3 / norm;
    q[3] = q4 / norm;
}

// 用于更新姿态四元数
void Quaternion_Update(float *q, float *gyro)
{
    float q1, q2, q3, q4;
    float norm;

    q1 = q[0] + (-q[1]*gyro[0] - q[2]*gyro[1] - q[3]*gyro[2])*dt*0.5f;
    q2 = q[1] + ( q[0]*gyro[0] + q[2]*gyro[2] - q[3]*gyro[1])*dt*0.5f;
    q3 = q[2] + ( q[0]*gyro[1] - q[1]*gyro[2] + q[3]*gyro[0])*dt*0.5f;
    q4 = q[3] + ( q[0]*gyro[2] + q[1]*gyro[1] - q[2]*gyro[0])*dt*0.5f;

    // 归一化四元数
    norm = sqrtf(q1*q1 + q2*q2 + q3*q3 + q4*q4);
    q[0] = q1 / norm;
    q[1] = q2 / norm;
    q[2] = q3 / norm;
    q[3] = q4 / norm;
}

// 用于将四元数转换为欧拉角
void Quaternion_ToEuler(float *q, float *euler)
{
    float q0 = q[0], q1 = q[1], q2 = q[2], q3 = q[3];
    float roll, pitch, yaw;

    roll = atan2f(2.0f*(q0*q1 + q2*q3), 1.0f - 2.0f*(q1*q1 + q2*q2));
    pitch = asinf(2.0f*(q0*q2 - q3*q1));
    yaw = atan2f(2.0f*(q0*q3 + q1*q2), 1.0f - 2.0f*(q2*q2 + q3*q3));

    euler[0] = roll / PI * 180.0f;
    euler[1] = pitch / PI * 180.0f;
    euler[2] = yaw / PI * 180.0f;
}

// 主函数，用于更新九轴传感器的数据并计算姿态信息
int main(void)
{
    Sensor_Init();

    while (1)
    {
        // 读取加速度、陀螺仪和磁力计数据
        // ...

        // 将加速度和磁力计数据转换为姿态四元数
        Quaternion_FromAccMag(q_acc, acc, mag);

        // 更新姿态四元数
        Quaternion_Update(Q, gyro);

        // 计算欧拉角
        Quaternion_ToEuler(Q, &att.roll);

        // 更新姿态信息
        att.pitch = asinf(-2.0f*(Q[1]*Q[3] - Q[0]*Q[2])) * 180.0f / PI;
        att.yaw = atan2f(2.0f*(Q[1]*Q[2] + Q[0]*Q[3]), Q[0]*Q[0] + Q[1]*Q[1] - Q[2]*Q[2] - Q[3]*Q[3]) * 180.0f / PI;
        att.q0 = Q[0];
        att.q1 = Q[1];
        att.q2 = Q[2];
        att.q3 = Q[3];

        // 延时
        // ...
    }
}

这里的参考代码只是一个简单的代码框架，具体的实现细节需要根据具体的九轴传感器和算法来进行调整和修改。如果您对姿态解算算法不太熟悉，建议先学习一些相关的算法知识，例如四元数、欧拉角、卡尔曼滤波等。