加速度計(jì)和陀螺儀的測(cè)量范圍、測(cè)量精度及單位換算方法

01說(shuō)在前面的話

1. 有不少朋友在做項(xiàng)目的時(shí)候經(jīng)常涉及到加速度計(jì)和陀螺儀的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為其他的單位的問題，這篇文章梳理和推導(dǎo)一下。

1）加速度計(jì)的原始數(shù)據(jù) 在應(yīng)用時(shí)常見的轉(zhuǎn)換單位有: g、m/s^2 、角度

2）陀螺儀的原始數(shù)據(jù) 在應(yīng)用時(shí)常見的轉(zhuǎn)換單位有：°/s、red/s、角度

2. 是對(duì)《幾種常用的加速傳感參數(shù)比較》這篇文件更新，在這篇文章中將不同參加的傳感器參數(shù)對(duì)比和精度參數(shù)寫在一起，本文專講精度參數(shù)和單位換算

02測(cè)量范圍和精度

在MEMS 傳感的數(shù)據(jù)手冊(cè)中都給出了加速度計(jì)和陀螺儀的測(cè)量范圍和測(cè)量精度。有測(cè)量范圍是可以推算出測(cè)量精度的。

不論是加速還是陀螺儀，數(shù)據(jù)寄存器都是16位的，由于最高位是符號(hào)位，故而數(shù)據(jù)寄存器的輸出范圍是 -7FFF~7FFF （-32767~32767）。

陀螺儀：

假如，我們選擇陀螺儀的測(cè)量范圍是 ±2000，在數(shù)據(jù)手冊(cè)中 16.4 LSB/(°/s)是 32767/2000 = 16.4 計(jì)算出來(lái)的

那么寄存器的數(shù)字和測(cè)量范圍的對(duì)應(yīng)關(guān)系：

比如，通過寄存器讀取陀螺儀的值是1000的，那么我們求角速度 X


加速度：

同樣假如，我們選擇加速度的測(cè)量范圍是 ±16，在數(shù)據(jù)手冊(cè)中 2048 LSB/g 是 32767/16 = 2048 計(jì)算出來(lái)的

那么寄存器的數(shù)字和測(cè)量范圍的對(duì)應(yīng)關(guān)系：

比如，通過寄存器讀取陀螺儀的值是1000的，那么我們求重力加速度 X X = 1000 / 2048 = 0.49g

03單位換算

1. 不同量程下精度的計(jì)算

加速度計(jì)量程為:±2g

獲取到的加速度計(jì)數(shù)據(jù) 除以16384

加速度計(jì)量程為:±4g

獲取到的加速度計(jì)數(shù)據(jù) 除以8192

加速度計(jì)量程為:±8g

獲取到的加速度計(jì)數(shù)據(jù) 除以4096

加速度計(jì)量程為:±16g

獲取到的加速度計(jì)數(shù)據(jù) 除以2048

2.可以轉(zhuǎn)化為帶物理單位的數(shù)據(jù)，單位：g(m/s^2)

3. 可以通過三角關(guān)系轉(zhuǎn)換為角度

float tanalpha = 0,tanbeta = 0,tangamma = 0;


tanalpha = (float)data->rawx / sqrt( ((float)data->rawy * (float)data->rawy + (float)data->rawz * (float)data->rawz) );
data->anglex = (float)atan(tanalpha)*57.3;
tanbeta = (float)data->rawy / sqrt( ((float)data->rawx * (float)data->rawx + (float)data->rawz * (float)data->rawz)  );
data->angley = (float)atan(tanbeta)*57.3;
tangamma = (float)data->rawz / sqrt( ((float)data->rawy * (float)data->rawy + (float)data->rawx * (float)data->rawx) );
data->anglez = (float)atan(tangamma)*57.3;

1. 不同量程下精度的計(jì)算

陀螺儀量程為:±250 dps

獲取到的陀螺儀數(shù)據(jù)除以131

陀螺儀量程為:±500 dps

獲取到的陀螺儀數(shù)據(jù)除以65.5

陀螺儀量程為:±1000dps

獲取到的陀螺儀數(shù)據(jù)除以32.8

陀螺儀量程為:±2000dps

獲取到的陀螺儀數(shù)據(jù)除以16.4

2.可以轉(zhuǎn)化為帶物理單位的數(shù)據(jù)，單位：rad/s

//原始數(shù)據(jù)
raw_data[AXIS_X] = (buf[0] << 8) | buf[1];
raw_data[AXIS_Y] = (buf[2] << 8) | buf[3];
raw_data[AXIS_Z] = (buf[4] << 8) | buf[5];
//坐標(biāo)map轉(zhuǎn)換
remap_data[icm_dev.cvt.axis[AXIS_X]] = icm_dev.cvt.sign[AXIS_X] * raw_data[AXIS_X];
remap_data[icm_dev.cvt.axis[AXIS_Y]] = icm_dev.cvt.sign[AXIS_Y] * raw_data[AXIS_Y];
remap_data[icm_dev.cvt.axis[AXIS_Z]] = icm_dev.cvt.sign[AXIS_Z] * raw_data[AXIS_Z];
//重力加速度計(jì)算 unit: m/s2
data->x = (float)remap_data[AXIS_X] * KSCALE_ACC_16G_RANGE;
data->y = (float)remap_data[AXIS_Y] * KSCALE_ACC_16G_RANGE;
data->z = (float)remap_data[AXIS_Z] * KSCALE_ACC_16G_RANGE;
//red/s
data->x = (float)remap_data[AXIS_X] * KSCALE_GYRO_2000_RANGE;
data->y = (float)remap_data[AXIS_Y] * KSCALE_GYRO_2000_RANGE;
data->z = (float)remap_data[AXIS_Z] * KSCALE_GYRO_2000_RANGE;

審核編輯：湯梓紅