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1、无人机、智能控制、嵌入式开发：侯元波 - 1 - 加速度计、角度传感器知识 整理与解析 1、传感器基础知识.- 2 - 2、比力.- 2 - 3、加速度传感器测量倾角原理- 3 - 4、Question and answer.- 3 - 5、电子罗盘.- 3 - 7、陀螺仪和加速度计的区别与联系- 4 - 8、常用芯片介绍.- 4 - 交流 QQ：1002100760 无人机、智能控制、嵌入式开发：侯元波 - 2 - 1、传感器基础知识 陀螺和加速度计是惯性器件， 是用来测量相对惯性空间的角 速度（或对于积分类型的陀螺来说是角增量）和加速度。 在三维空间中，描述一个刚体运动要六轴，三轴加速度，
2、 三 轴角速度。 加速度传感器：测量加速度的值，是指直线运动，一般以重 力加速度 g 为单位。 角度传感器：测量角度的传感器，范围比较广泛各种角度与 倾角传感器有些不一样。角度传感器可以是垂直的，各种安装方 式都行，是指相对角度。多数的角度传感器是以加速计为基础， 通过重力加速度分量估算角度，通常也会要求在静态下测量。 倾角传感器：倾角传感器其实是个绝对角度，原型是加速度 传感器，是指被测物体与地球引力（垂直地球）的夹角。所以它 应该是个绝对值。 加速度是测量轴向的力，由 F = ma，m 已知，就可以知道 力(加速度)的大小，所以惯导系统的里都是讲“比力” ，因为力 是比较出来的。 2、比力
3、 比力：单位质量上作用的非引力外力。 通常我们说“用加速度计测量载体的运动加速度”， 实际上 这个说法并不确切，因为加速度计测量的不是载体的运动加速 度，而是载体相对惯性空间的绝对加速度和引力加速度之差， 称 作“比力”-艾弗里尔B， 查特菲尔德著.高精度惯性导航基础. 北京：国防工业出版社，2002. 在一般线加速度计中测量的是比力(a+g)不能分辨出重力加 速度 g 和运动加速度 a。 一个加速度计只能测量一个方向的比力， 测量矢量必须使用三个加速度计； 测量值与安装方向、 姿态有关， 且受安装精度影响。 三个加速度计垂直安装可测量比力矢量， 进而得到运动加速 度。 无人机、智能控制、嵌入
4、式开发：侯元波 - 3 - 3、加速度传感器测量倾角原理 三轴加速度传感器以重力为输入矢量来决定物体在空间的 姿态，把加速度传感器固定在物体的水平面上，当物体姿态改变 时，通过测量由于重力引起的加速度，你可以计算出设备相对于 水平面的倾斜角度。通过分析动态加速度，你可以分析出设备移 动的方式。 4、Question and answer Q：固定位置输出定值是否应该是三轴加速度传感器呢，就 是根据重力加速度测量本身的位置呢？ A：位置固定時，未受到外力影响，沒有转动，加速度计或 陀螺仪输出就是 定值 + 噪声。 但是跟用加速度计测量位置則是两回事。 Q：为啥四轴要装加速度传感器和角速度传感器呢
5、，位置传 感器与角速度传感器有什么区别呢？ A： 物体在自由空间的运动是两种运动的组合： 质心的平移 + 围绕质心的转动， 因此， 物体运动有 6 DOF， 6 个自由度： 3 个 平移自由度 + 3 个转动自由度。 我理解认为，加速度计数据由于短期不可信而长期可信， 所 以来配合陀螺仪测量转动的， 防止只有陀螺仪造成的角度误差及 发散，共同测量围绕质心的转动。 IMU 即便静止状态，位置和姿态的输出也会因为各种误差以 及噪声产生偏移和误差。 5、电子罗盘 还有，大家对电子罗盘理解都有些片面，电子罗盘未必一定 是磁罗盘，用磁阻传感器做的罗盘，受铁磁性零件的影响太大。 实际应用中不多，部队列装与
6、科研单位中用的电子指北仪中， 更 多是基于陀螺仪做的。 电子罗盘，也叫指南针，指北针或者罗盘，罗经都有人叫。 是通过磁传感器测量地磁磁场来判别磁方向的，是个绝对值。 但 无人机、智能控制、嵌入式开发：侯元波 - 4 - 电子罗盘一指向磁北（如果没有做磁偏角计算的话） ，不是地北。 7、陀螺仪和加速度计的区别与联系 陀螺仪测角速度的，加速度是测线性加速度的。前者是惯性 原理，后者是利用的力平衡原理。 加速度计在较长时间的测量值是正确的， 而在较短时间内由 于信号噪声的存在，而有误差。陀螺仪在较短时间内则比较准确 而较长时间则会有与漂移而存有误差。因此，需要两者（相互调 整，即互补滤波）来确保运行
7、姿态。 现在一般的姿态方面的惯性应用，如 IMU（惯性测量单元） ， 由三轴陀螺仪和三轴加速度计组合而成。 8、常用芯片介绍 MPU-6000（6050）的角速度全格感测范围为250、500、 1000 与2000/sec (dps)，可准确追踪快速与慢速动作， 并且，用户可程式控制的加速器全格感测范围为2g、4g8g 与16g。产品传输可透过最高至 400kHz 的 IC 或最高达 20MHz 的 SPI（MPU-6050 没有 SPI） 。MPU-6000 可在不同电压下工作， VDD 供电电压介为 2.5V5%、3.0V5%或 3.3V5%，逻辑接口 VVDIO 供电为 1.8V 5%（MPU6000 仅用 VDD） 。MPU-6000 的包装 尺寸 4x4x0.9mm(QFN)，在业界是革命性的尺寸。其他的特征包 含内建的温度感测器、包含在运作环境中仅有1%变动的振荡 器。
