陀螺仪欧拉角的计算
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app/by_imu.c
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app/by_imu.c
@@ -1,26 +1,171 @@
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#include "by_imu.h"
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#include "by_imu.h"
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#include "zf_common_headfile.h"
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#include "zf_common_headfile.h"
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#include <math.h>
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float imu_acc_x;
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#define delta_T 0.001f // 1ms计算一次
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float imu_acc_y;
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float imu_acc_z;
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float imu_gyro_x;
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float imu_gyro_y;
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float imu_gyro_z;
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void by_imu_data_get(void)
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float I_ex, I_ey, I_ez; // 误差积分
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quater_param_t Q_info = {1, 0, 0}; // 全局四元数
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euler_param_t eulerAngle; // 欧拉角
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icm_param_t icm_data;
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gyro_param_t GyroOffset;
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bool GyroOffset_init = 0;
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float param_Kp = 0.17; // 加速度计的收敛速率比例增益 0.17
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float param_Ki = 0.008; // 陀螺仪收敛速率的积分增益 0.004
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float fast_sqrt(float x)
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{
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{
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float halfx = 0.5f * x;
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float y = x;
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long i = *(long *)&y;
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i = 0x5f3759df - (i >> 1);
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y = *(float *)&i;
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y = y * (1.5f - (halfx * y * y));
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return y;
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}
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void gyroOffset_init(void) /////////陀螺仪零飘初始化
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{
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GyroOffset.Xdata = 0;
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GyroOffset.Ydata = 0;
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GyroOffset.Zdata = 0;
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for (uint16_t i = 0; i < 500; ++i) {
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imu660ra_get_acc();
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imu660ra_get_gyro();
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GyroOffset.Xdata += imu660ra_gyro_x;
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GyroOffset.Ydata += imu660ra_gyro_y;
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GyroOffset.Zdata += imu660ra_gyro_z;
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system_delay_ms(1);
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}
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GyroOffset.Xdata /= 500.0f;
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GyroOffset.Ydata /= 500.0f;
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GyroOffset.Zdata /= 500.0f;
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GyroOffset_init = 1;
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}
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// 转化为实际物理值
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void ICM_getValues()
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{
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#define alpha 0.3f
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icm_data.acc_x = imu660ra_acc_transition(imu660ra_acc_x) + icm_data.acc_x * (1 - alpha);
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icm_data.acc_y = imu660ra_acc_transition(imu660ra_acc_y) + icm_data.acc_y * (1 - alpha);
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icm_data.acc_z = imu660ra_acc_transition(imu660ra_acc_z) + icm_data.acc_z * (1 - alpha);
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icm_data.gyro_x = (imu660ra_gyro_transition(imu660ra_gyro_x)-GyroOffset.Xdata) / 57.3f;
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icm_data.gyro_y = (imu660ra_gyro_transition(imu660ra_gyro_y)-GyroOffset.Ydata) / 57.3f;
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icm_data.gyro_z = (imu660ra_gyro_transition(imu660ra_gyro_z)-GyroOffset.Zdata) / 57.3f;
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}
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// 互补滤波
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void ICM_AHRSupdate(float gx, float gy, float gz, float ax, float ay, float az)
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{
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float halfT = 0.5 * delta_T;
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float vx, vy, vz; // 当前的机体坐标系上的重力单位向量
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float ex, ey, ez; // 四元数计算值与加速度计测量值的误差
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float q0 = Q_info.q0;
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float q1 = Q_info.q1;
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float q2 = Q_info.q2;
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float q3 = Q_info.q3;
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float q0q0 = q0 * q0;
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float q0q1 = q0 * q1;
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float q0q2 = q0 * q2;
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float q0q3 = q0 * q3;
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float q1q1 = q1 * q1;
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float q1q2 = q1 * q2;
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float q1q3 = q1 * q3;
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float q2q2 = q2 * q2;
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float q2q3 = q2 * q3;
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float q3q3 = q3 * q3;
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// float delta_2 = 0;
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// 对加速度数据进行归一化 得到单位加速度
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float norm = fast_sqrt(ax * ax + ay * ay + az * az);
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ax = ax * norm;
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ay = ay * norm;
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az = az * norm;
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// 根据当前四元数的姿态值来估算出各重力分量。用于和加速计实际测量出来的各重力分量进行对比,从而实现对四轴姿态的修正
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vx = 2.0f * (q1q3 - q0q2);
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vy = 2.0f * (q0q1 + q2q3);
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// vz = q0q0 - q1q1 - q2q2 + q3q3;
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vz=1.0f-2.0f*q1q1-2.0f*q2q2;
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// vz = (q0*q0-0.5f+q3 * q3) * 2;
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// 叉积来计算估算的重力和实际测量的重力这两个重力向量之间的误差。
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ex = ay * vz - az * vy;
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ey = az * vx - ax * vz;
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ez = ax * vy - ay * vx;
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// 用叉乘误差来做PI修正陀螺零偏,
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// 通过调节 param_Kp,param_Ki 两个参数,
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// 可以控制加速度计修正陀螺仪积分姿态的速度。
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I_ex += halfT * ex; // integral error scaled by Ki
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I_ey += halfT * ey;
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I_ez += halfT * ez;
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gx = gx + param_Kp * ex + param_Ki * I_ex;
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gy = gy + param_Kp * ey + param_Ki * I_ey;
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gz = gz + param_Kp * ez + param_Ki * I_ez;
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/*数据修正完成,下面是四元数微分方程*/
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// 四元数微分方程,其中halfT为测量周期的1/2,gx gy gz为陀螺仪角速度,以下都是已知量,这里使用了一阶龙哥库塔求解四元数微分方程
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q0 = q0 + (-q1 * gx - q2 * gy - q3 * gz) * halfT;
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q1 = q1 + (q0 * gx + q2 * gz - q3 * gy) * halfT;
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q2 = q2 + (q0 * gy - q1 * gz + q3 * gx) * halfT;
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q3 = q3 + (q0 * gz + q1 * gy - q2 * gx) * halfT;
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// delta_2=(2*halfT*gx)*(2*halfT*gx)+(2*halfT*gy)*(2*halfT*gy)+(2*halfT*gz)*(2*halfT*gz);
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// 整合四元数率 四元数微分方程 四元数更新算法,二阶毕卡法
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// q0 = (1-delta_2/8)*q0 + (-q1*gx - q2*gy - q3*gz)*halfT;
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// q1 = (1-delta_2/8)*q1 + (q0*gx + q2*gz - q3*gy)*halfT;
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// q2 = (1-delta_2/8)*q2 + (q0*gy - q1*gz + q3*gx)*halfT;
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// q3 = (1-delta_2/8)*q3 + (q0*gz + q1*gy - q2*gx)*halfT
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// normalise quaternion
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norm = fast_sqrt(q0 * q0 + q1 * q1 + q2 * q2 + q3 * q3);
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Q_info.q0 = q0 * norm;
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|
Q_info.q1 = q1 * norm;
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|
Q_info.q2 = q2 * norm;
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||||||
|
Q_info.q3 = q3 * norm;
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}
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void ICM_getEulerianAngles(void)
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{
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// 采集陀螺仪数据
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imu660ra_get_acc();
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imu660ra_get_acc();
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imu660ra_get_gyro();
|
imu660ra_get_gyro();
|
||||||
imu660ra_get_temperature();
|
imu660ra_get_temperature();
|
||||||
|
|
||||||
imu_acc_x = imu660ra_acc_transition(imu660ra_acc_x);
|
ICM_getValues();
|
||||||
imu_acc_y = imu660ra_acc_transition(imu660ra_acc_y);
|
ICM_AHRSupdate(icm_data.gyro_x, icm_data.gyro_y, icm_data.gyro_z, icm_data.acc_x, icm_data.acc_y, icm_data.acc_z);
|
||||||
imu_acc_z = imu660ra_acc_transition(imu660ra_acc_z);
|
float q0 = Q_info.q0;
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||||||
|
float q1 = Q_info.q1;
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||||||
|
float q2 = Q_info.q2;
|
||||||
|
float q3 = Q_info.q3;
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||||||
|
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||||||
imu_gyro_x = imu660ra_gyro_transition(imu660ra_gyro_x);
|
// 四元数计算欧拉角
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imu_gyro_y = imu660ra_gyro_transition(imu660ra_gyro_y);
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eulerAngle.pitch = asin(-2 * q1 * q3 + 2 * q0 * q2) * 180 / M_PI; // pitch
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||||||
imu_gyro_z = imu660ra_gyro_transition(imu660ra_gyro_z);
|
eulerAngle.roll = atan2(2 * q2 * q3 + 2 * q0 * q1, -2 * q1 * q1 - 2 * q2 * q2 + 1) * 180 / M_PI; // roll
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||||||
|
eulerAngle.yaw = atan2(2 * q1 * q2 + 2 * q0 * q3, -2 * q2 * q2 - 2 * q3 * q3 + 1) * 180 / M_PI; // yaw
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||||||
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||||||
|
/* 姿态限制*/
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if (eulerAngle.roll > 90 || eulerAngle.roll < -90) {
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||||||
|
if (eulerAngle.pitch > 0) {
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||||||
|
eulerAngle.pitch = 180 - eulerAngle.pitch;
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||||||
|
}
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||||||
|
if (eulerAngle.pitch < 0) {
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||||||
|
eulerAngle.pitch = -(180 + eulerAngle.pitch);
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||||||
|
}
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||||||
|
}
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||||||
|
|
||||||
|
if (eulerAngle.yaw > 360) {
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||||||
|
eulerAngle.yaw -= 360;
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||||||
|
} else if (eulerAngle.yaw < 0) {
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||||||
|
eulerAngle.yaw += 360;
|
||||||
|
}
|
||||||
}
|
}
|
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|||||||
45
app/by_imu.h
45
app/by_imu.h
@@ -3,13 +3,44 @@
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||||||
#include "stdio.h"
|
#include "stdio.h"
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||||||
#include "ch32v30x.h"
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#include "ch32v30x.h"
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||||||
|
typedef struct {
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||||||
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float gyro_x;
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||||||
|
float gyro_y;
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float gyro_z;
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||||||
|
float acc_x;
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float acc_y;
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|
float acc_z;
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||||||
|
} icm_param_t;
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||||||
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||||||
extern float imu_acc_x;
|
typedef struct {
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||||||
extern float imu_acc_y;
|
float q0;
|
||||||
extern float imu_acc_z;
|
float q1;
|
||||||
extern float imu_gyro_x;
|
float q2;
|
||||||
extern float imu_gyro_y;
|
float q3;
|
||||||
extern float imu_gyro_z;
|
} quater_param_t;
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||||||
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||||||
extern void by_imu_data_get(void);
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typedef struct {
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|
float pitch; //俯仰角
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|
float roll; //偏航角
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|
float yaw; //翻滚角
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} euler_param_t;
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||||||
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||||||
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typedef struct {
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||||||
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float Xdata;
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|
float Ydata;
|
||||||
|
float Zdata;
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||||||
|
} gyro_param_t;
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||||||
|
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||||||
|
extern icm_param_t icm_data;
|
||||||
|
extern euler_param_t eulerAngle;
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||||||
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||||||
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void gyroOffset_init(void);
|
||||||
|
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||||||
|
float fast_sqrt(float x);
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||||||
|
|
||||||
|
void ICM_AHRSupdate(float gx, float gy, float gz, float ax, float ay, float az);
|
||||||
|
|
||||||
|
void ICM_getValues();
|
||||||
|
|
||||||
|
void ICM_getEulerianAngles(void);
|
||||||
#endif
|
#endif
|
||||||
@@ -42,13 +42,12 @@ void by_ips_show(void)
|
|||||||
}
|
}
|
||||||
// 按钮
|
// 按钮
|
||||||
ips200_show_string(0, 16, "imu:");
|
ips200_show_string(0, 16, "imu:");
|
||||||
ips200_show_float(46, 16, imu_acc_x, 2, 2);
|
ips200_show_float(46, 32, eulerAngle.pitch, 3, 2);
|
||||||
ips200_show_float(106, 16, imu_acc_y, 2, 2);
|
ips200_show_float(46, 48, eulerAngle.roll, 3, 2);
|
||||||
ips200_show_float(166, 16, imu_acc_z, 2, 2);
|
ips200_show_float(46, 64, eulerAngle.yaw, 3, 2);
|
||||||
ips200_show_float(46, 32, imu_gyro_x, 2, 2);
|
// ips200_show_float(46 , 32, icm_data.gyro_x, 2, 2);
|
||||||
ips200_show_float(106, 32, imu_gyro_y, 2, 2);
|
// ips200_show_float(106, 32, icm_data.gyro_y, 2, 2);
|
||||||
ips200_show_float(166, 32, imu_gyro_z, 2, 2);
|
// ips200_show_float(166, 32, icm_data.gyro_z, 2, 2);
|
||||||
ips200_show_float(46, 48, imu660ra_temperature, 2, 2);
|
ips200_show_float(46, 80, imu660ra_temperature, 2, 2);
|
||||||
printf("%d,%d,%d\n",(int16_t)(imu_gyro_x*10),(int16_t)(imu_gyro_y*10),(int16_t)(imu_gyro_z*10));
|
// printf("%d,%d,%d\n", (int16_t)(icm_data.gyro_x * 10), (int16_t)(icm_data.gyro_y * 10), (int16_t)(icm_data.gyro_z * 10));
|
||||||
|
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|||||||
@@ -195,15 +195,14 @@ void EXTI9_5_IRQHandler(void)
|
|||||||
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line8);
|
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line8);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
if (SET == EXTI_GetITStatus(EXTI_Line9)) {
|
if (SET == EXTI_GetITStatus(EXTI_Line9)) {
|
||||||
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line9);
|
|
||||||
if (SET == gpio_get_level(E10)) {
|
if (SET == gpio_get_level(E10)) {
|
||||||
potate_button = POTATE_BUTTOM_BACKWARD;
|
potate_button = POTATE_BUTTOM_BACKWARD;
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
} else {
|
} else {
|
||||||
potate_button = POTATE_BUTTOM_FOREWARD;
|
potate_button = POTATE_BUTTOM_FOREWARD;
|
||||||
|
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line9);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
@@ -218,13 +217,12 @@ void EXTI15_10_IRQHandler(void)
|
|||||||
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line10);
|
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line10);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
if (SET == EXTI_GetITStatus(EXTI_Line11)) {
|
if (SET == EXTI_GetITStatus(EXTI_Line11)) {
|
||||||
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line11);
|
|
||||||
|
|
||||||
system_delay_us(200);
|
system_delay_us(200);
|
||||||
if (SET == !gpio_get_level(E11)) {
|
if (SET == !gpio_get_level(E11)) {
|
||||||
potate_button = POTATE_BUTTOM_PRESS;
|
potate_button = POTATE_BUTTOM_PRESS;
|
||||||
|
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line11);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
if (SET == EXTI_GetITStatus(EXTI_Line12)) {
|
if (SET == EXTI_GetITStatus(EXTI_Line12)) {
|
||||||
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line12);
|
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line12);
|
||||||
@@ -291,6 +289,7 @@ void TIM5_IRQHandler(void)
|
|||||||
void TIM6_IRQHandler(void)
|
void TIM6_IRQHandler(void)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
if (TIM_GetITStatus(TIM6, TIM_IT_Update) != RESET) {
|
if (TIM_GetITStatus(TIM6, TIM_IT_Update) != RESET) {
|
||||||
|
ICM_getEulerianAngles();
|
||||||
TIM_ClearITPendingBit(TIM6, TIM_IT_Update);
|
TIM_ClearITPendingBit(TIM6, TIM_IT_Update);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|||||||
@@ -102,6 +102,8 @@ int main(void)
|
|||||||
cw_servo_init();
|
cw_servo_init();
|
||||||
while (imu660ra_init())
|
while (imu660ra_init())
|
||||||
;
|
;
|
||||||
|
gyroOffset_init();
|
||||||
|
pit_ms_init(TIM6_PIT, 1);
|
||||||
|
|
||||||
while (1) {
|
while (1) {
|
||||||
// while (frame_count < 20) {
|
// while (frame_count < 20) {
|
||||||
@@ -137,7 +139,7 @@ int main(void)
|
|||||||
|
|
||||||
MidLineTrack();
|
MidLineTrack();
|
||||||
}
|
}
|
||||||
by_imu_data_get();
|
// by_imu_data_get();
|
||||||
by_ips_show();
|
by_ips_show();
|
||||||
system_delay_ms(200);
|
system_delay_ms(200);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|||||||
Reference in New Issue
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