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基于STM32的四旋翼无人机项目（二）：MPU6050姿态解算（含上位机3D姿态显示教学）_3d飞机姿态显示

作者：Guff_9hys | 2024-06-29 18:54:20

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3d飞机姿态显示

效果图：

一、飞行器姿态解算

1.1 MPU6050概述

飞行器通常搭载一款姿态传感器（不管是六轴还是九轴姿态传感器），本项目中以最常见的 MPU6050 为例。MPU6050 传感器其实并不能直接输出我们飞行器飞行过程中的欧拉角(Euler-angles)，通过读取它的传感器我们可以得到：3轴角速度+3轴角加速度。得到的角速度和角加速度信息我们是无法直接使用的，这个时候我们可以选择使用 DMP 去解算此时飞行器的欧拉角(Euler-angles)情况。当然，作者在项目中并没有使用 DMP 去解算飞行器的欧拉角(Euler-angles)，而是使用了四元数解算的方法！

**DMP（Digital Motion Processor）**是一种数字运动处理器，它可以从MPU6050等传感器中读取数据，并进行解算以获取姿态信息。下面是DMP解算MPU6050的优缺点：

优点：

  1. DMP使用简单，可以直接套用官方库进行开发，无需自己编写解算算法。
  2. DMP不会占用太多的资源，因为它只需要读取传感器数据并进行简单的解算。
  3. DMP的输出数据经过处理，可以直接用于姿态控制等应用，无需再进行复杂的计算。

缺点：

  1. DMP的输出数据精度可能不够高，特别是在高精度传感场景下。
  2. DMP的输出数据不稳定，可能会受到噪声等因素的影响。
  3. DMP无法测量偏航角，只能获取滚动角和俯仰角的信息。

1.2 四元数姿态解算

本小节将以下方思维导图进行分析讲解：

初次接触的读者朋友可能对四元数较为陌生，这里作者建议大家直接去阅读秦永元的《惯性导航》，里面有非常好的讲解，大家可以直接看绪论和第九章就可以。

《惯性导航》PDF地址：惯性导航（第三版） (sciencereading.cn)")

下面我们根据思维导图用程序来一步一步实现如何求解欧拉角：

**1、**定义初始四元数的值为q0=1,q1=0,q2=0,q3=0。

**2、**读取加速度计值、角速度值，程序定义变量分别为ax、ay、az，gx、gy、gz，将陀螺仪值转为弧度，转换如下：

gx = gx * 0.0174f;        //1度=0.0174弧度
gy = gy * 0.0174f; 
gz = gz * 0.0174f; 

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**3、**对加速度值进行归一化

//提取等效旋转矩阵中的重力分量 
Gravity.x = 2*(NumQ.q1 * NumQ.q3 - NumQ.q0 * NumQ.q2);								
Gravity.y = 2*(NumQ.q0 * NumQ.q1 + NumQ.q2 * NumQ.q3);						  
Gravity.z = 1-2*(NumQ.q1 * NumQ.q1 + NumQ.q2 * NumQ.q2);	

//加速度归一化
NormAcc = 1/sqrt(squa(MPU6050.accX)+ squa(MPU6050.accY) +squa(MPU6050.accZ));
	
//归一化计算
Acc.x = pMpu->accX * NormAcc;
Acc.y = pMpu->accY * NormAcc;
Acc.z = pMpu->accZ * NormAcc;

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**4、**提取姿态矩阵中的重力分量，我们已经得到数学计算公式为

//提取等效旋转矩阵中的重力分量 
Gravity.x = 2*(NumQ.q1 * NumQ.q3 - NumQ.q0 * NumQ.q2);								
Gravity.y = 2*(NumQ.q0 * NumQ.q1 + NumQ.q2 * NumQ.q3);						  
Gravity.z = 1-2*(NumQ.q1 * NumQ.q1 + NumQ.q2 * NumQ.q2);	

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**5、**求姿态误差，对两向量进行叉乘(定义ex、ey、ez为三个轴误差元素)，数学计算为：

//向量差乘得出的值
AccGravity.x = (Acc.y * Gravity.z - Acc.z * Gravity.y);
AccGravity.y = (Acc.z * Gravity.x - Acc.x * Gravity.z);
AccGravity.z = (Acc.x * Gravity.y - Acc.y * Gravity.x);

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**6、**互补滤波，将误差输入PID控制器后与陀螺仪测得的角速度相加，修正角速度值，程序实现如下(Kp为互补滤波系数这里取Kp=0.5，实际值根据需要进行调整)：

//角速度融合加速度积分补偿值
Gyro.x = pMpu->gyroX * Gyro_Gr + KpDef * AccGravity.x  +  GyroIntegError.x;//弧度制
Gyro.y = pMpu->gyroY * Gyro_Gr + KpDef * AccGravity.y  +  GyroIntegError.y;
Gyro.z = pMpu->gyroZ * Gyro_Gr + KpDef * AccGravity.z  +  GyroIntegError.z;

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**7、**解四元数微分方程，其数学计算如下（初始值q0 = 1,q1 = 0,q2 = 0,q3 = 0,w_{x},w_{y},w_{z}为角速度，\bigtriangleup t为周期时间）

// 一阶龙格库塔法, 更新四元数
q0_t = (-NumQ.q1*Gyro.x - NumQ.q2*Gyro.y - NumQ.q3*Gyro.z) * HalfTime;
q1_t = ( NumQ.q0*Gyro.x - NumQ.q3*Gyro.y + NumQ.q2*Gyro.z) * HalfTime;
q2_t = ( NumQ.q3*Gyro.x + NumQ.q0*Gyro.y - NumQ.q1*Gyro.z) * HalfTime;
q3_t = (-NumQ.q2*Gyro.x + NumQ.q1*Gyro.y + NumQ.q0*Gyro.z) * HalfTime;

NumQ.q0 += q0_t;
NumQ.q1 += q1_t;
NumQ.q2 += q2_t;
NumQ.q3 += q3_t;

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**8、**四元数归一化，归一化方法与加速度归一化方法一样；

// 四元数归一化
NormQuat = 1/sqrt(squa(NumQ.q0) + squa(NumQ.q1) + squa(NumQ.q2) + squa(NumQ.q3));
NumQ.q0 *= NormQuat;
NumQ.q1 *= NormQuat;
NumQ.q2 *= NormQuat;
NumQ.q3 *= NormQuat;	

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**9、**计算姿态角，数学公式为：

	#ifdef	YAW_GYRO
	*(
	float *)pAngE = atan2f(2 * NumQ.q1 *NumQ.q2 + 2 * NumQ.q0 * NumQ.q3, 1 - 2 * NumQ.q2 *NumQ.q2 - 2 * NumQ.q3 * NumQ.q3) * RtA;  //yaw
	#else
	float yaw_G = pMpu->gyroZ * Gyro_G;
	if((yaw_G > 1.0f) || (yaw_G < -1.0f)) //数据太小可以认为是干扰，不是偏航动作
	{
		pAngE->yaw  += yaw_G * dt;		
	}
	#endif
pAngE->pitch  =  asin(2 * NumQ.q0 *NumQ.q2 - 2 * NumQ.q1 * NumQ.q3) * RtA;						
		
pAngE->roll	= atan2(2 * NumQ.q2 *NumQ.q3 + 2 * NumQ.q0 * NumQ.q1, 1 - 2 * NumQ.q1 *NumQ.q1 - 2 * NumQ.q2 * NumQ.q2) * RtA;	//PITCH 	

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二、卡尔曼滤波详解

卡尔曼的本质：递归式最优评估。

卡尔曼的好处是：①效率最高甚至是最有用的，在系统中能够快速的消除高速白噪声；②不会产生严重滞后；③所需数据存储量较小，便于进行实时处理；

在飞行器中卡尔曼滤波的高效率性是十分优秀的，但是卡尔曼不能抵抗突变干扰，这点在飞行器中一般不会出现数据突变跳变，所以卡尔曼很适合运用于四轴飞行器。

飞行器项目中卡尔曼滤波的目标对象是加速度，三轴加速度都是独立变量，可以分别独立用一维线性卡尔曼进行滤波。由于加速度容易受震动干扰，它就是一个很典型的高频高斯白噪声（噪声随机，对称，符合高斯分布的噪声），所以加速度用卡尔曼滤波。

角速度不容易受到干扰，就用简单的一阶低通互补滤波。

飞控中的滤波算法：角加速度（卡尔曼滤波）；角速度（一阶互补滤波）；

将上述数学公式代码化后可以得到卡尔曼滤波代码：

#include "kalman.h"

//一维卡尔曼滤波
void kalmanfiter(struct KalmanFilter *EKF,float input)
{
	EKF->NewP = EKF->LastP + EKF->Q;
	EKF->Kg = EKF->NewP / (EKF->NewP + EKF->R);
	EKF->Out = EKF->Out + EKF->Kg * (input - EKF->Out);
	EKF->LastP = (1 - EKF->Kg) * EKF->NewP;
}

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三、CubeMX配置

1、RCC配置外部高速晶振（精度更高）——HSE；

2、SYS配置：Debug设置成Serial Wire（否则可能导致芯片自锁）；

3、TIM1配置：在TIM1的中断回调函数中发生MPU6050姿态解算与控制都是，中断周期：3ms；

4、I2C1配置：配置MCU与MPU6050之间的通讯协议；

5、UART配置：通过UART1与匿名上位机进行通讯，显示飞行器3D姿态；

6、时钟树配置

7、工程配置

四、代码与解析

4.1 MPU6050代码

mpu6050.h代码：

mpu6050代码中核心是通过I2C通讯读取寄存器地址为：0X3B和 0x43的数值（分别为角加速度和角速度）。

#ifndef __MPU6050_H
#define __MPU6050_H
 	
#include "stm32f1xx_hal.h"//用什么系列就是什么									  	  
 
//#define MPU_ACCEL_OFFS_REG		0X06	//accel_offs寄存器,可读取版本号,寄存器手册未提到
//#define MPU_PROD_ID_REG			0X0C	//prod id寄存器,在寄存器手册未提到
#define MPU_SELF_TESTX_REG		0X0D	//自检寄存器X
#define MPU_SELF_TESTY_REG		0X0E	//自检寄存器Y
#define MPU_SELF_TESTZ_REG		0X0F	//自检寄存器Z
#define MPU_SELF_TESTA_REG		0X10	//自检寄存器A
#define MPU_SAMPLE_RATE_REG		0X19	//采样频率分频器
#define MPU_CFG_REG			0X1A	//配置寄存器
#define MPU_GYRO_CFG_REG		0X1B	//陀螺仪配置寄存器
#define MPU_ACCEL_CFG_REG		0X1C	//加速度计配置寄存器
#define MPU_MOTION_DET_REG		0X1F	//运动检测阀值设置寄存器
#define MPU_FIFO_EN_REG			0X23	//FIFO使能寄存器
#define MPU_I2CMST_CTRL_REG		0X24	//IIC主机控制寄存器
#define MPU_I2CSLV0_ADDR_REG	        0X25	//IIC从机0器件地址寄存器
#define MPU_I2CSLV0_REG			0X26	//IIC从机0数据地址寄存器
#define MPU_I2CSLV0_CTRL_REG	        0X27	//IIC从机0控制寄存器
#define MPU_I2CSLV1_ADDR_REG	        0X28	//IIC从机1器件地址寄存器
#define MPU_I2CSLV1_REG			0X29	//IIC从机1数据地址寄存器
#define MPU_I2CSLV1_CTRL_REG	        0X2A	//IIC从机1控制寄存器
#define MPU_I2CSLV2_ADDR_REG	        0X2B	//IIC从机2器件地址寄存器
#define MPU_I2CSLV2_REG			0X2C	//IIC从机2数据地址寄存器
#define MPU_I2CSLV2_CTRL_REG	        0X2D	//IIC从机2控制寄存器
#define MPU_I2CSLV3_ADDR_REG	        0X2E	//IIC从机3器件地址寄存器
#define MPU_I2CSLV3_REG			0X2F	//IIC从机3数据地址寄存器
#define MPU_I2CSLV3_CTRL_REG	        0X30	//IIC从机3控制寄存器
#define MPU_I2CSLV4_ADDR_REG	        0X31	//IIC从机4器件地址寄存器
#define MPU_I2CSLV4_REG			0X32	//IIC从机4数据地址寄存器
#define MPU_I2CSLV4_DO_REG		0X33	//IIC从机4写数据寄存器
#define MPU_I2CSLV4_CTRL_REG	        0X34	//IIC从机4控制寄存器
#define MPU_I2CSLV4_DI_REG		0X35	//IIC从机4读数据寄存器
 
#define MPU_I2CMST_STA_REG		0X36	//IIC主机状态寄存器
#define MPU_INTBP_CFG_REG		0X37	//中断/旁路设置寄存器
#define MPU_INT_EN_REG			0X38	//中断使能寄存器
#define MPU_INT_STA_REG			0X3A	//中断状态寄存器
 
#define MPU_ACCEL_XOUTH_REG		0X3B	//加速度值,X轴高8位寄存器
#define MPU_ACCEL_XOUTL_REG		0X3C	//加速度值,X轴低8位寄存器
#define MPU_ACCEL_YOUTH_REG		0X3D	//加速度值,Y轴高8位寄存器
#define MPU_ACCEL_YOUTL_REG		0X3E	//加速度值,Y轴低8位寄存器
#define MPU_ACCEL_ZOUTH_REG		0X3F	//加速度值,Z轴高8位寄存器
#define MPU_ACCEL_ZOUTL_REG		0X40	//加速度值,Z轴低8位寄存器
 
#define MPU_TEMP_OUTH_REG		0X41	//温度值高八位寄存器
#define MPU_TEMP_OUTL_REG		0X42	//温度值低8位寄存器
 
#define MPU_GYRO_XOUTH_REG		0X43	//陀螺仪值,X轴高8位寄存器
#define MPU_GYRO_XOUTL_REG		0X44	//陀螺仪值,X轴低8位寄存器
#define MPU_GYRO_YOUTH_REG		0X45	//陀螺仪值,Y轴高8位寄存器
#define MPU_GYRO_YOUTL_REG		0X46	//陀螺仪值,Y轴低8位寄存器
#define MPU_GYRO_ZOUTH_REG		0X47	//陀螺仪值,Z轴高8位寄存器
#define MPU_GYRO_ZOUTL_REG		0X48	//陀螺仪值,Z轴低8位寄存器
 
#define MPU_I2CSLV0_DO_REG		0X63	//IIC从机0数据寄存器
#define MPU_I2CSLV1_DO_REG		0X64	//IIC从机1数据寄存器
#define MPU_I2CSLV2_DO_REG		0X65	//IIC从机2数据寄存器
#define MPU_I2CSLV3_DO_REG		0X66	//IIC从机3数据寄存器
 
#define MPU_I2CMST_DELAY_REG	        0X67	//IIC主机延时管理寄存器
#define MPU_SIGPATH_RST_REG		0X68	//信号通道复位寄存器
#define MPU_MDETECT_CTRL_REG	        0X69	//运动检测控制寄存器
#define MPU_USER_CTRL_REG		0X6A	//用户控制寄存器
#define MPU_PWR_MGMT1_REG		0X6B	//电源管理寄存器1
#define MPU_PWR_MGMT2_REG		0X6C	//电源管理寄存器2 
#define MPU_FIFO_CNTH_REG		0X72	//FIFO计数寄存器高八位
#define MPU_FIFO_CNTL_REG		0X73	//FIFO计数寄存器低八位
#define MPU_FIFO_RW_REG			0X74	//FIFO读写寄存器
#define MPU_DEVICE_ID_REG		0X75	//器件ID寄存器,who am i寄存器

//如果AD0脚(9脚)接地,IIC地址为0X68(不包含最低位).
//如果接V3.3,则IIC地址为0X69(不包含最低位).
#define MPU_ADDR				0X68
 
//因为MPU6050的AD0接GND,所以则读写地址分别为0XD1和0XD0
//            (如果AD0接VCC,则读写地址分别为0XD3和0XD2)  
#define MPU_READ    0XD1
#define MPU_WRITE   0XD0
 
uint8_t MPU_Init(void); 						//初始化MPU6050
uint8_t MPU_Write_Len(uint8_t reg,uint8_t len,uint8_t *buf);                           //IIC连续写
uint8_t MPU_Read_Len(uint8_t reg,uint8_t len,uint8_t *buf);                         //IIC连续读 
uint8_t MPU_Write_Byte(uint8_t reg,uint8_t data);				//IIC写一个字节
uint8_t MPU_Read_Byte(uint8_t reg);					//IIC读一个字节
 
uint8_t MPU_Set_Gyro_Fsr(uint8_t fsr);
uint8_t MPU_Set_Accel_Fsr(uint8_t fsr);
uint8_t MPU_Set_LPF(uint16_t lpf);
uint8_t MPU_Set_Rate(uint16_t rate);
uint8_t MPU_Set_Fifo(uint8_t sens);
 
float MPU_Get_Temperature(void);
uint8_t MPU_Get_Gyroscope(short *gx,short *gy,short *gz);
uint8_t MPU_Get_Accelerometer(short *ax,short *ay,short *az);

void MpuGetData(void);
 
#endif

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mpu6050.c代码：

#include "mpu6050.h" 
#include "alldata.h"
#include "kalman.h"
#include "stdio.h"
#include "i2c.h"

static volatile int16_t *pMpu = (int16_t *)&MPU6050;
int16_t MpuOffset[6] = {0};		//MPU6050补偿数值

//初始化MPU6050
//返回值:0,成功
//    其他,错误代码
uint8_t MPU_Init(void)
{ 
  uint8_t res;
  extern I2C_HandleTypeDef hi2c1;
  HAL_I2C_Init(&hi2c1);
  MPU_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT1_REG,0X80);	//复位MPU6050
  MPU_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT1_REG,0X00);	//唤醒MPU6050 
  MPU_Set_Gyro_Fsr(3);					//陀螺仪传感器,±2000dps
  MPU_Set_Accel_Fsr(0);					//加速度传感器,±2g
  MPU_Set_Rate(50);						//设置采样率50Hz
  MPU_Write_Byte(MPU_INT_EN_REG,0X00);	//关闭所有中断
  MPU_Write_Byte(MPU_USER_CTRL_REG,0X00);	//I2C主模式关闭
  MPU_Write_Byte(MPU_FIFO_EN_REG,0X00);	//关闭FIFO
  MPU_Write_Byte(MPU_INTBP_CFG_REG,0X80);	//INT引脚低电平有效
  res=MPU_Read_Byte(MPU_DEVICE_ID_REG);
	printf("\r\nMPU6050:0x%2x\r\n",res);
  if(res==MPU_ADDR)//器件ID正确
  {
    MPU_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT1_REG,0X01);	//设置CLKSEL,PLL X轴为参考
    MPU_Write_Byte(MPU_PWR_MGMT2_REG,0X00);	//加速度与陀螺仪都工作
    MPU_Set_Rate(50);						//设置采样率为50Hz
  }else 
		return 1;
  return 0;
}
//设置MPU6050陀螺仪传感器满量程范围
//fsr:0,±250dps;1,±500dps;2,±1000dps;3,±2000dps
//返回值:0,设置成功
//    其他,设置失败 
uint8_t MPU_Set_Gyro_Fsr(uint8_t fsr)
{
	return MPU_Write_Byte(MPU_GYRO_CFG_REG,fsr<<3);//设置陀螺仪满量程范围  
}
//设置MPU6050加速度传感器满量程范围
//fsr:0,±2g;1,±4g;2,±8g;3,±16g
//返回值:0,设置成功
//    其他,设置失败 
uint8_t MPU_Set_Accel_Fsr(uint8_t fsr)
{
	return MPU_Write_Byte(MPU_ACCEL_CFG_REG,fsr<<3);//设置加速度传感器满量程范围  
}
//设置MPU6050的数字低通滤波器
//lpf:数字低通滤波频率(Hz)
//返回值:0,设置成功
//    其他,设置失败 
uint8_t MPU_Set_LPF(uint16_t lpf)
{
	uint8_t data=0;
	if(lpf>=188)data=1;
	else if(lpf>=98)data=2;
	else if(lpf>=42)data=3;
	else if(lpf>=20)data=4;
	else if(lpf>=10)data=5;
	else data=6; 
	return MPU_Write_Byte(MPU_CFG_REG,data);//设置数字低通滤波器  
}
//设置MPU6050的采样率(假定Fs=1KHz)
//rate:4~1000(Hz)
//返回值:0,设置成功
//    其他,设置失败 
uint8_t MPU_Set_Rate(uint16_t rate)
{
	uint8_t data;
	if(rate>1000)rate=1000;
	if(rate<4)rate=4;
	data=1000/rate-1;
	data=MPU_Write_Byte(MPU_SAMPLE_RATE_REG,data);	//设置数字低通滤波器
 	return MPU_Set_LPF(rate/2);	//自动设置LPF为采样率的一半
}
 
//得到温度值
//返回值:温度值(扩大了100倍)
float MPU_Get_Temperature(void)
{
  unsigned char  buf[2]; 
  short raw;
  float temp;
  
  MPU_Read_Len(MPU_TEMP_OUTH_REG,2,buf); 
  raw=(buf[0]<<8)| buf[1];  
  temp=(36.53+((double)raw)/340)*100;  
//  temp = (long)((35 + (raw / 340)) * 65536L);
  return temp/100.0f;
}
//得到陀螺仪值(原始值)
//gx,gy,gz:陀螺仪x,y,z轴的原始读数(带符号)
//返回值:0,成功
//    其他,错误代码
uint8_t MPU_Get_Gyroscope(short *gx,short *gy,short *gz)
{
    uint8_t buf[6],res;  
	res=MPU_Read_Len(MPU_GYRO_XOUTH_REG,6,buf);
	if(res==0)
	{
		*gx=((uint16_t)buf[0]<<8)|buf[1];  
		*gy=((uint16_t)buf[2]<<8)|buf[3];  
		*gz=((uint16_t)buf[4]<<8)|buf[5];
	} 	
    return res;
}
//得到加速度值(原始值)
//gx,gy,gz:陀螺仪x,y,z轴的原始读数(带符号)
//返回值:0,成功
//    其他,错误代码
uint8_t MPU_Get_Accelerometer(short *ax,short *ay,short *az)
{
    uint8_t buf[6],res;  
	res=MPU_Read_Len(MPU_ACCEL_XOUTH_REG,6,buf);
	if(res==0)
	{
		*ax=((uint16_t)buf[0]<<8)|buf[1];  
		*ay=((uint16_t)buf[2]<<8)|buf[3];  
		*az=((uint16_t)buf[4]<<8)|buf[5];
	} 	
    return res;;
}
 
 
//IIC连续写
uint8_t MPU_Write_Len(uint8_t reg,uint8_t len,uint8_t *buf)
{
  extern I2C_HandleTypeDef hi2c1;
  HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, MPU_WRITE, reg, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, buf, len, 0xfff);
  HAL_Delay(100);
  
  return 0;
}
//IIC连续读
//addr:器件地址
//reg:要读取的寄存器地址
//len:要读取的长度
//buf:读取到的数据存储区
//返回值:0,正常
//    其他,错误代码
uint8_t MPU_Read_Len(uint8_t reg,uint8_t len,uint8_t *buf)
{ 
  extern I2C_HandleTypeDef hi2c1;
  HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, MPU_READ, reg, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, buf, len, 0xfff);
  HAL_Delay(100);
  
  return 0;	
}
//IIC写一个字节 
//reg:寄存器地址
//data:数据
//返回值:0,正常
//    其他,错误代码
uint8_t MPU_Write_Byte(uint8_t reg,uint8_t data) 				 
{ 
  extern I2C_HandleTypeDef hi2c1;
  unsigned char W_Data=0;
 
  W_Data = data;
  HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, MPU_WRITE, reg, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &W_Data, 1, 0xfff);
  HAL_Delay(100);
  
  return 0;
}
//IIC读一个字节 
//reg:寄存器地址 
//返回值:读到的数据
uint8_t MPU_Read_Byte(uint8_t reg)
{
  extern I2C_HandleTypeDef hi2c1;
  unsigned char R_Data=0;
  
  HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, MPU_READ, reg, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &R_Data, 1, 0xfff);
  HAL_Delay(100);
  
  return R_Data;		
}

/* 读取MPU6050数据并加滤波 */
void MpuGetData(void)
{
	uint8_t i;
    uint8_t buffer[12];
	
	HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, MPU_READ, 0X3B, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, buffer, 6, 0xfff);				/* 读取角加速度 */
	HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, MPU_READ, 0x43, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &buffer[6], 6, 0xfff);		/* 读取角速度 */
	
	for(i=0;i<6;i++)
	{
		pMpu[i] = (((int16_t)buffer[i<<1] << 8) | buffer[(i<<1)+1])-MpuOffset[i];							/* 将数据整为16bit，并减去水平校准值 */
		if(i < 3)		/* 角加速度卡尔曼滤波 */
		{
			{
				static struct KalmanFilter EKF[3] = {{0.02,0,0,0,0.001,0.543},{0.02,0,0,0,0.001,0.543},{0.02,0,0,0,0.001,0.543}};	
				kalmanfiter(&EKF[i],(float)pMpu[i]);  
				pMpu[i] = (int16_t)EKF[i].Out;
			}
		}
		if(i > 2)		/* 角速度一阶互补滤波 */
		{	
			uint8_t k=i-3;
			const float factor = 0.15f;  	
			static float tBuff[3];		

			pMpu[i] = tBuff[k] = tBuff[k] * (1 - factor) + pMpu[i] * factor;                
		}
	}	
}

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4.2 Kalman和一阶互补滤波滤波代码

kalman.c：

#include "kalman.h"

//一维卡尔曼滤波
void kalmanfiter(struct KalmanFilter *EKF,float input)
{
	EKF->NewP = EKF->LastP + EKF->Q;
	EKF->Kg = EKF->NewP / (EKF->NewP + EKF->R);
	EKF->Out = EKF->Out + EKF->Kg * (input - EKF->Out);
	EKF->LastP = (1 - EKF->Kg) * EKF->NewP;
}

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一阶互补滤波：

if(i > 2)		/* 角速度一阶互补滤波 */
{	
	uint8_t k=i-3;
	const float factor = 0.15f;  	/* 互补滤波的影响因子 */
	static float tBuff[3];		
	pMpu[i] = tBuff[k] = tBuff[k] * (1 - factor) + pMpu[i] * factor;                
}

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以上 2 种滤波都存在 mpu6050.c 代码中进行调用：

最后

自我介绍一下，小编13年上海交大毕业，曾经在小公司待过，也去过华为、OPPO等大厂，18年进入阿里一直到现在。

深知大多数Java工程师，想要提升技能，往往是自己摸索成长，自己不成体系的自学效果低效漫长且无助。

因此收集整理了一份《2024年嵌入式&物联网开发全套学习资料》，初衷也很简单，就是希望能够帮助到想自学提升又不知道该从何学起的朋友，同时减轻大家的负担。

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由于文件比较大，这里只是将部分目录大纲截图出来，每个节点里面都包含大厂面经、学习笔记、源码讲义、实战项目、讲解视频，并且后续会持续更新！！

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