發布日期：2022-10-09 點擊率：124
一、介紹
MPU6050是世界上第一款也是唯一一款專為智能手機、平板電腦和可穿戴傳感器的低功耗、低成本和高性能要求而設計的6軸運動跟蹤設備。
它集成了3軸MEMS陀螺儀，3軸MEMS加速度計，以及一個可擴展的數字運動處理器 DMP（ DigitalMotion Processor），可用I2C接口連接一個第三方的數字傳感器，比如磁力計。擴展之后就可以通過其 I2C或SPI接口輸出一個9軸的信號（ SPI接口僅在MPU-6000可用）。 MPU-60X0也可以通過其I2C接口連接非慣性的數字傳感器，比如壓力傳感器。
其它I2C總線實驗可以查看前面的PCF8591相關實驗，如：
樹莓派基礎實驗12：PCF8591模數轉換器實驗
二、組件
★Raspberry Pi主板*1
★樹莓派電源*1
★40P軟排線*1
★MPU6050陀螺儀加速度傳感器模塊*1
★面包板*1
★跳線若干
三、實驗原理
MPU6050的工作原理比較復雜，需要深度學習最好是學習官方手冊，本文只做簡單介紹，不少內容我也蒙逼狀態中。
詳細資料可在官網下載最新的芯片手冊：
1.傳感器
①陀螺儀傳感器：
陀螺儀的原理就是，一個旋轉物體的旋轉軸所指的方向在不受外力影響時，是不會改變的。人們根據這個道理，用它來保持方向。然后用多種方法讀取軸所指示的方向，并自動將數據信號傳給控制系統。我們騎自行車其實也是利用了這個原理。輪子轉得越快越不容易倒，因為車軸有一股保持水平的力量。
現代陀螺儀可以精確地確定運動物體的方位的儀器，它在現代航空，航海，航天和國防工業中廣泛使用的一種慣性導航儀器。傳統的慣性陀螺儀主要部分有機械式的陀螺儀，而機械式的陀螺儀對工藝結構的要求很高。
70年代提出了現代光纖陀螺儀的基本設想，到八十年代以后，光纖陀螺儀就得到了非常迅速的發展，激光諧振陀螺儀也有了很大的發展。光纖陀螺儀具有結構緊湊，靈敏度高，工作可靠。光纖陀螺儀在很多的領域已經完全取代了機械式的傳統的陀螺儀，成為現代導航儀器中的關鍵部件。光纖陀螺儀同時發展的除了環式激光陀螺儀外。
MPU-60X0由三個獨立的振動MEMS速率陀螺儀組成，可檢測旋轉角度X軸，Y軸和Z軸。 當陀螺儀圍繞任何感應軸旋轉時，科里奧利效應就會產生電容式傳感器檢測到的振動。 所得到的信號被放大，解調和濾波產生與角速度成比例的電壓。 該電壓使用單獨的片內數字化16位模數轉換器（ADC）對每個軸進行采樣。 陀螺儀傳感器可以全面范圍的被數字編程為每秒±250，±500，±1000或±2000度（dps）。 ADC樣本速率可以從每秒8,000個采樣點編程到每秒3.9個采樣點，并且可由用戶選擇低通濾波器可實現廣泛的截止頻率。
②加速度傳感器：
加速度傳感器是一種能夠測量加速度的傳感器。通常由質量塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和適調電路等部分組成。傳感器在加速過程中，通過對質量塊所受慣性力的測量，利用牛頓第二定律獲得加速度值。根據傳感器敏感元件的不同，常見的加速度傳感器包括電容式、電感式、應變式、壓阻式、壓電式等。
MPU-60X0的3軸加速度計為每個軸使用單獨的檢測質量。 加速沿著一條特定軸在相應的檢測質量上引起位移，并且電容式傳感器檢測到該位移位移有差別。 MPU-60X0的架構降低了加速度計的敏感度制造變化以及熱漂移。 當設備放置在平坦的表面上時，將進行測量在X和Y軸上為 0g，在Z軸上為+ 1g。 加速度計的比例因子在工廠進行校準并且在名義上與電源電壓無關。 每個傳感器都有一個專用的sigma-delta ADC來提供數字輸出。 數字輸出的滿量程范圍可以調整到±2g，±4g，±8g或±16g。
其實說簡單點，在mpu6050中我們用陀螺儀傳感器測角度，用加速度傳感器測加速度。
MPU-60X0是全球首例9軸運動處理傳感器。它集成了3軸MEMS陀螺儀， 3軸MEMS 加速度計，以及一個可擴展的數字運動處理器 DMP（DigitalMotion Processor），可用 I2C 接口連接一個第三方的數字傳感器，比如磁力計。擴展之后就可以通過其 I2C 或 SPI 接口 輸出一個 9 軸的信號（SPI 接口僅在 MPU-6000 可用）。MPU-60X0 也可以通過其 I2C 接口連接非慣性的數字傳感器，比如壓力傳感器。
數字運動處理器（DMP）:
嵌入式數字運動處理器（DMP）位于MPU-60X0內部，可從主機處理器中卸載運動處理算法的運算。 DMP從加速度計，陀螺儀以及其他第三方傳感器（如磁力計）獲取數據，并處理數據。結果數據可以從DMP的寄存器中讀取，或者可以在FIFO中緩沖。 DMP可以訪問其中的一個MPU的外部引腳，可用于產生中斷。
DMP的目的是卸載主機處理器的時序要求和處理能力。通常，運動處理算法應該以高速運行，通常在200Hz左右，以提供低延遲的精確結果。即使應用程序以更低的速率更新，這也是必需的。例如，一個低功率的用戶界面可能會以5Hz的速度更新，但運動處理仍然應該以200Hz運行。 DMP可以作為一種工具使用，以最大限度地降低功耗，簡化定時，簡化軟件架構，并在主機處理器上節省寶貴的MIPS，以便在應用中使用。
2.數據分析
（1）加速度計
下圖標明了傳感器的參考坐標系（ XYZ組成右手系）以及 3個測量軸和旋轉方向。旋轉的正向可用右手螺旋定則判斷：
三軸加速度計：
ACCEL_XOUT 16位二進制補碼值。存儲最近的X軸加速計測量值。
ACCEL_YOUT 16位二進制補碼值。存儲最近的Y軸加速度計測量值。
ACCEL_ZOUT 16位二進制補碼值。存儲最近的Z軸加速計測量值。
三個加速度分量均以重力加速度 g 的倍數為單位，能夠表示的加速度范圍，即倍率可以統一設定，有4個可選倍率：±2g、±4g、±8g、±16g。初始化MPU6050設置加速度計輸出的滿量程范圍為± 2g，加速度計每個 LSB 的靈敏度應為 LSB/g。
滿量程范圍± 2g和靈敏度 LSB/g有啥關系?
上面說了這三個加速度分量是16位的二進制補碼值，且是有符號的。故而其輸出范圍 -~。((2^16)/2)
/2 = 即加速度計的靈敏度。
那這個靈敏度又有啥用呢？ 我們拿一組數據來舉個例子：
A X: Y: Z: G X:- Y:- Z:
加速度計 X 軸獲取原始數據位 ，那么它對應的加速度數據是：/ = 0.23g.
g為加速度的單位，重力加速度定義為1g, 等于9.8米每平方秒。
具體的加速度公式：加速度數據 = 加速度軸原始數據 / 加速度靈敏度
或者：加速度數據 = （加速度軸原始數據 / ） X 可選倍率（即±2g、±4g、±8g、±16g）
（2）陀螺儀
三軸陀螺儀：
GYRO_XOUT 16位二進制補碼值。存儲最新的X軸陀螺儀測量。
GYRO_YOUT 16位二進制補碼值。存儲最新的Y軸陀螺儀測量結果。
GYRO_ZOUT 16位二進制補碼值。存儲最新的Z軸陀螺儀測量結果。
三個角速度分量均以“度/秒”為單位，能夠表示的角速度范圍，即倍率可統一設定，有4個可選倍率：±250°/s， ±500°/s， ±1000°/s， ±2000°/s。初始化MPU6050設置陀螺儀輸出滿量程范圍為 ± 2000 °/s，陀螺儀每個 LSB 的靈敏度為 16.4 LSB/°/s。
滿量程范圍± 2000 °/s和靈敏度16.4 LSB/°/s有啥關系?
上面說了這三個陀螺儀分量是16位的二進制補碼值，且是有符號的。故而其輸出范圍 -~。((2^16)/2)
/2000 = 16.4 即陀螺儀的靈敏度。
那這個靈敏度又有啥用呢？ 我們用一組數據來舉個例子：
A X: Y: Z: G X:- Y:- Z:
陀螺儀 X 軸獲取原始數據位 -，那么它對應的陀螺儀數據是：-/16.4 = -1.4°/s
請注意，負號表示設備的旋轉方向與傳統的正方向相反。
具體的陀螺儀公式：陀螺儀數據 = 陀螺儀軸原始數據/陀螺儀靈敏度
或者：陀螺儀數據 = （陀螺儀軸原始數據 / ） X 可選倍率（即±250°/s， ±500°/s， ±1000°/s， ±2000°/s）
MPU6050 是一款姿態傳感器，使用它就是為了得到待測物體（如四軸、平衡小車） x、y、z 軸的傾角（俯仰角 Pitch、滾轉角 Roll、偏航角 Yaw） 。我們通過 I2C 讀取到 MPU6050 的六個數據（三軸加速度 AD 值、三軸角速度 AD 值）經過姿態融合后就可以得到 Pitch、Roll、Yaw 角。
更多姿態融合等資料，可以參考MPU6050開發的帖子：
3.MPU6050寄存器
這里說明幾個重要的寄存器，詳情查閱官方文檔。
（1）寄存器25 - 采樣速率分頻器（SMPRT_DIV）
參數：
SMPLRT_DIV 為8位無符號值。 采樣率是通過將陀螺儀輸出速率除以該值來確定的。
描述：
該寄存器指定用于產生MPU-60X0采樣率的陀螺儀輸出速率的分頻器。 傳感器寄存器輸出，FIFO輸出和DMP采樣都基于采樣率。采樣率是通過將陀螺儀輸出速率除以 SMPLRT_DIV 產生的：
采樣率=陀螺儀輸出速率/（1 + SMPLRT_DIV）
當DLPF禁用（DLPF_CFG = 0或7）時，陀螺儀輸出速率= 8kHz，當DLPF使能時（見寄存器26）為1kHz。
注意：加速度計輸出速率是1kHz。 這意味著對于大于1kHz的采樣率，同一個加速度計采樣可能會不止一次輸出到FIFO，DMP和傳感器寄存器。
（2）寄存器26 - 配置（CONFIG）
注：位7和位6保留
參數：
EXT_SYNC_SET3位無符號值。 配置FSYNC引腳采樣。
DLPF_CFG3位無符號值。 配置DLPF設置
描述：
該寄存器為陀螺儀和加速度計配置外部幀同步（FSYNC）引腳采樣和數字低通濾波器（DLPF）設置。
連接到FSYNC引腳的外部信號可以通過配置 EXT_SYNC_SET 進行采樣。
FSYNC 引腳的信號變化被鎖存，以便捕獲短閃光燈。 鎖存的FSYNC信號將按照寄存器 25 中定義的采樣速率進行采樣。采樣后，鎖存器將復位為當前的 FSYNC 信號狀態。
根據下表，取樣值將被報告在由 EXT_SYNC_SET 的值確定的傳感器數據寄存器中的最低有效位的位置。
DLPF由 DLPF_CFG 配置，加速度計和陀螺儀根據 DLPF_CFG 的值進行過濾，如下表所示。
（3）寄存器27 - 陀螺儀配置（GYRO_CONFIG）
注：位2到位0被保留。
參數：
XG_ST設置此位將導致X軸陀螺儀執行自檢。
YG_ST設置此位將使Y軸陀螺儀執行自檢。
ZG_ST 設置該位使Z軸陀螺儀執行自檢。
FS_SEL 2位無符號值。 選擇陀螺儀的全量程范圍。
描述：
該寄存器用于觸發陀螺儀自檢并配置陀螺儀的滿量程范圍。
陀螺儀自檢允許用戶測試機械和電氣部分陀螺儀。每個陀螺儀軸的自檢可通過控制該寄存器的XG_ST，YG_ST和ZG_ST位來激活。每個軸的自檢可以獨立進行，也可以同時進行。
當自檢被激活時，車載電子裝置將啟動適當的傳感器。這種驅動將使傳感器的檢測質量移動一段相當于預先確定的科里奧利力的距離。這種檢測質量位移導致傳感器輸出發生變化，這反映在輸出信號中。輸出信號用于觀察自檢響應。
自檢響應定義如下：
自檢響應=啟用自檢的傳感器輸出 - 未啟用自檢的傳感器輸出
每個陀螺儀軸的自檢限制在MPU-6000 / MPU-6050產品規格文件。當自檢的價值響應在產品規格的最小/最大范圍內，零件已通過自檢。當自檢響應超過文檔中指定的最小/最大值時，該部分被認為是自檢失敗。
FS_SEL根據下表選擇陀螺儀輸出的滿量程范圍。
（4）寄存器28 - 加速度計配置（ACCEL_CONFIG）
參數：
XA_ST 當設置為1時，X軸加速度計執行自檢。
YA_ST當設置為1時，Y軸加速度計執行自檢。
ZA_ST設置為1時，Z軸加速計執行自檢。
AFS_SEL 2位無符號值。 選擇加速度計的全量程范圍。
描述：
該寄存器用于觸發加速度計自檢并配置加速度計滿量程范圍。 該寄存器還配置數字高通濾波器（DHPF）。
加速度計自檢允許用戶測試加速度計的機械和電子部分。每個加速度計軸的自檢可通過控制該寄存器的XA_ST，YA_ST和ZA_ST位來激活。每個軸的自檢可以獨立進行，也可以同時進行。
當自檢被激活時，車載電子裝置將啟動適當的傳感器。這種致動模擬外力。被驅動的傳感器又將產生相應的輸出信號。輸出信號用于觀察自檢響應。
自測響應定義如下：
自檢響應=啟用自檢的傳感器輸出 - 未啟用自檢的傳感器輸出
MPU-6000 / MPU-6050產品規格文檔的電氣特性表中提供了每個加速度計軸的自檢限制。當自檢響應值在產品規格的最小/最大范圍內時，該部件已通過自檢。當自測響應超過文檔中指定的最小/最大值時，該部分被認為是自檢失敗。
AFS_SEL 根據下表選擇加速度計輸出的滿量程范圍。
（5）寄存器59到64 - 加速度計測量
參數：
ACCEL_XOUT 16位二進制補碼值。存儲最近的X軸加速計測量值。
ACCEL_YOUT 16位二進制補碼值。存儲最近的Y軸加速度計測量值。
ACCEL_ZOUT 16位二進制補碼值。存儲最近的Z軸加速計測量值。
描述：
這些寄存器存儲最新的加速度計測量結果。
按照 寄存器25 中定義的采樣率將加速度計測量值寫入這些寄存器。
加速度計測量寄存器以及溫度測量寄存器，陀螺儀測量寄存器和外部傳感器數據寄存器由兩組寄存器組成：內部寄存器組和面向用戶的讀取寄存器組。
加速度計傳感器內部寄存器組內的數據總是以采樣率更新。同時，只要串行接口空閑，面向用戶的讀取寄存器組就會復制內部寄存器組的數據值。這保證了傳感器寄存器的突發讀取將從相同的采樣時刻讀取測量結果。請注意，如果不使用突發讀取，則用戶負責通過檢查數據就緒中斷來確保一組單個字節的讀取對應于單個采樣時刻。
每個16位加速度計的測量結果都在 ACCEL_FS（寄存器28）中定義了一個滿量程。對于每個滿量程設置，ACCEL_xOUT 中的每個 LSB 的加速度計靈敏度如下表所示。
（6）寄存器65和66 - 溫度測量（TEMP_OUT_H和TEMP_OUT_L）
參數：
TEMP_OUT 16位有符號值。存儲最近的溫度傳感器測量值。
描述：
這些寄存器存儲最新的溫度傳感器測量值。
溫度測量值按照 寄存器25 中定義的采樣率寫入這些寄存器。
這些溫度測量寄存器以及加速度計測量寄存器，陀螺儀測量寄存器和外部傳感器數據寄存器由兩組寄存器組成：內部寄存器組和面向用戶的讀取寄存器組。
溫度傳感器內部寄存器組內的數據始終以采樣率進行更新。
同時，只要串行接口空閑，面向用戶的讀取寄存器組就會復制內部寄存器組的數據值。這保證了傳感器寄存器的突發讀取將從相同的采樣時刻讀取測量結果。請注意，如果不使用突發讀取，則用戶負責通過檢查數據就緒中斷來確保一組單個字節的讀取對應于單個采樣時刻。
電氣規格表（MPU-6000 / MPU-6050產品規格文檔第6.4節）中提供了溫度傳感器的比例因子和偏移量。
對于給定的寄存器值，溫度（攝氏度）可以被計算為：
以℃為單位的溫度=（TEMP_OUT寄存器值作為有符號數量）/ 340 + 36.53
請注意，上述公式中的數學是十進制的。
（7）寄存器67至72 - 陀螺儀測量
參數：
GYRO_XOUT 16位二進制補碼值。存儲最新的X軸陀螺儀測量。
GYRO_YOUT 16位二進制補碼值。存儲最新的Y軸陀螺儀測量結果。
GYRO_ZOUT16位二進制補碼值。存儲最新的Z軸陀螺儀測量結果。
描述：
這些寄存器存儲最近的陀螺儀測量結果。
陀螺儀測量值按寄存器25中定義的采樣率寫入這些寄存器。
這些陀螺儀測量寄存器以及加速度計測量寄存器，溫度測量寄存器和外部傳感器數據寄存器由兩組寄存器組成：內部寄存器組和面向用戶的讀取寄存器組。
陀螺儀傳感器內部寄存器組內的數據總是以采樣率更新。
同時，只要串行接口空閑，面向用戶的讀取寄存器組就會復制內部寄存器組的數據值。這保證了傳感器寄存器的突發讀取將從相同的采樣時刻讀取測量結果。請注意，如果不使用突發讀取，則用戶負責通過檢查數據就緒中斷來確保一組單個字節的讀取對應于單個采樣時刻。
每個16位陀螺儀測量具有在 FS_SEL（寄存器27）中定義的滿量程。對于每個滿量程設置，GYRO_xOUT中陀螺儀每個LSB的靈敏度如下表所示：
（8）寄存器107 - 電源管理1 （PWR_MGMT_1）
注：位4保留。
參數：
DEVICE_RESET設置為1時，該位將所有內部寄存器復位為默認值。一旦復位完成，該位自動清零。每個寄存器的默認值可以在第3節找到。
SLEEP當該位置1時，該位將MPU-60X0置于睡眠模式。
CYCLE當該位設置為1且SLEEP被禁止時，MPU-60X0將循環。在睡眠模式和喚醒之間以LP_WAKE_CTRL（寄存器108）確定的速率從活動傳感器獲取單個樣本數據。
TEMP_DIS設置為1時，該位禁用溫度傳感器。
CLKSEL 3位無符號值。 指定設備的時鐘源。
描述：
該寄存器允許用戶配置電源模式和時鐘源。它還提供了一些重置整個設備，以及一些禁用溫度傳感器。
通過將 SLEEP 設置為1，MPU-60X0 可以進入低功耗睡眠模式。當 CYCLE 設置為1而睡眠模式被禁用時，MPU-60X0 將進入循環模式。在周期模式下，器件在休眠模式和喚醒之間循環，以由 LP_WAKE_CTRL（寄存器108）確定的速率從加速計獲取單個采樣。要配置喚醒頻率，請使用 電源管理2寄存器（寄存器108）內的 LP_WAKE_CTRL。
MPU-60X0 時鐘源可選擇內部 8MHz 振蕩器，基于陀螺儀的時鐘或外部時鐘源。當選擇內部 8MHz 振蕩器或外部時鐘源作為時鐘源時，MPU-60X0 可以在陀螺儀禁用的低功耗模式下工作。
上電時，MPU-60X0 時鐘源默認為內部振蕩器。但是，強烈建議將器件配置為使用其中一個陀螺儀（或外部時鐘源）作為時鐘參考，以提高穩定性。時鐘源可以按照下表進行選擇。
（9）寄存器117 - 我是誰（WHO_AM_I）
注：位0和7保留。 （硬編碼為0）
參數：
WHO_AM_I包含MPU-60X0的6位I2C地址。
位6：位1的上電復位值為110 100。
描述：
該寄存器用于驗證設備的身份，WHO_AM_I的內容是MPU-60X0的7位I2C地址的高6位。 MPU-60X0的I2C地址的最低有效位由AD0引腳的值決定。 該寄存器不反映AD0引腳的值。
該寄存器的默認值是0x68。
四、實驗步驟
第1步： 連接電路。
樹莓派T型轉接板BMP180氣壓傳感器SCLSCLSCLSDASDASDA5V5VVCCGNDGNDGND
第2步： PCF8591模塊采用的是I2C（IIC）總線進行通信的，但是在樹莓派的鏡像中默認是關閉的，在使用該傳感器的時候，我們必須首先允許IIC總線通信。
第3步： 查詢MPU6050的地址。得出地址為0x68。
第4步： 編寫控制程序。使用Python 2編寫的程序比C++簡潔許多，smbus函數請在之前的I2C文章中查閱。
樹莓派基礎實驗12：PCF8591模數轉換器實驗
實驗結果示例：
控制程序：
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陀螺儀傳感器
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陀螺儀傳感器是一個簡單易用的基于自由空間移動和手勢的定位的控制系統，它原本是運用到直升機模型上，現已被廣泛運用于手機等移動便攜設備。
中文名
陀螺儀傳感器
外文名
Gyroscope Sensor
概 述
空間移動和手勢的定位
原 理
旋轉軸所指方向不受外力影響
基本部件
陀螺轉子內外框架附件
電子類別分類
二、三自由度陀螺儀之分
作 用
確定運動物體的方向
物理原理分類
慣性導航儀器
目錄
1
概述
2
原理
3
基本部件
4
傳感器分類
5
發展方向
6
特性
7
應用
陀螺儀傳感器概述
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語音
對于不熟悉這類產品的人來說，陀螺儀傳感器是一個簡單易用的基于自由空間移動和手勢的定位和控制系統。在假想的平面上揮動鼠標，屏幕上的光標就會跟著移動，并可以繞著鏈接畫圈和點擊按鍵。當你正在演講或離開桌子時，這些操作都能夠很方便地實現。 陀螺儀傳感器原本是運用到直升機模型上的，已經被廣泛運用于手機這類移動便攜設備上（IPHONE的三軸陀螺儀技術）。
陀螺儀傳感器原理
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語音
陀螺儀的原理就是，一個旋轉物體的旋轉軸所指的方向在不受外力影響時，是不會改變的。人們根據這個道理，用它來保持方向。然后用多種方法讀取軸所指示的方向，并自動將數據信號傳給控制系統。我們騎自行車其實也是利用了這個原理。輪子轉得越快越不容易倒，因為車軸有一股保持水平的力量。現代陀螺儀可以精確地確定運動物體的方位的儀器，它在現代航空，航海，航天和國防工業中廣泛使用的一種慣性導航儀器。傳統的慣性陀螺儀主要部分有機械式的陀螺儀，而機械式的陀螺儀對工藝結構的要求很高。70年代提出了現代光纖陀螺儀的基本設想，到八十年代以后，光纖陀螺儀就得到了非常迅速的發展，激光諧振陀螺儀也有了很大的發展。光纖陀螺儀具有結構緊湊，靈敏度高，工作可靠。光纖陀螺儀在很多的領域已經完全取代了機械式的傳統的陀螺儀，成為現代導航儀器中的關鍵部件。光纖陀螺儀同時發展的除了環式激光陀螺儀外。
陀螺儀傳感器基本部件
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語音
從力學的觀點近似的分析陀螺的運動時，可以把它看成是一個剛體，剛體上有一個方向支點，而陀螺可以繞著這個支點作三個自由度的轉動，所以陀螺的運動是屬于剛體繞一個定點的轉動運動。更確切地說，一個繞對稱軸高速旋轉的飛輪轉子叫陀螺。將陀螺安裝在框架裝置上，使陀螺的自轉軸有角轉動的自由度，這種裝置的總體叫做陀螺儀。陀螺儀的基本部件有：（1）陀螺轉子（常采用同步電機、磁滯電機、三相交流電機等拖動方法來使陀螺轉子繞自轉軸高速旋轉，并見其轉速近似為常值）；（2）內、外框架（或稱內、外環，它是使陀螺自轉軸獲得所需角轉動自由度的結構）；（3）附件（是指力矩馬達、信號傳感器等）。
陀螺儀傳感器傳感器分類
編輯
語音
根據框架的數目和支承的形式以及附件的性質決定陀螺儀的類型有：（一）、二自由度陀螺儀(只有一個框架，使轉子自轉軸具有一個轉動自由度)。根據二自由度陀螺儀中所使用的反作用力矩的性質，可以把這種陀螺儀分成三種類型：1、積分陀螺儀(它使用的反作用力矩是阻尼力矩)；2、速率陀螺儀(它使用的反作力矩是彈性力矩)；3、無約束陀螺(它僅有慣性反作用力矩)；除了機、電框架式陀螺儀以外，還出現了某些新型陀螺儀，如靜電式自由轉子陀螺儀，撓性陀螺儀，激光陀螺儀等。（二）、三自由度陀螺儀(具有內、外兩個框架，使轉子自轉軸具有兩個轉動自由度。在沒有任何力矩裝置時，它就是一個自由陀螺儀)。
陀螺儀傳感器發展方向
編輯
語音
現代陀螺儀是一種能夠精確地確定運動物體的方位的儀器，它是現代航空，航海，航天和國防工業中廣泛使用的一種慣性導航儀器，它的發展對一個國家的工業，國防和其它高科技的發展具有十分重要的戰略意義。傳統的慣性陀螺儀主要是指機械式的陀螺儀，機械式的陀螺儀對工藝結構的要求很高，結構復雜，它的精度受到了很多方面的制約。自從上個世紀七十年代以來，現代陀螺儀的發展已經進入了一個全新的階段。1976年科學家提出了現代光纖陀螺儀的基本設想，到八十年代以后，現代光纖陀螺儀就得到了非常迅速的發展，與此同時激光諧振陀螺儀也有了很大的發展。由于光纖陀螺儀具有結構緊湊，靈敏度高，工作可靠等等優點。和光纖陀螺儀同時發展的除了環式激光陀螺儀外，還有現代集成式的振動陀螺儀，集成式的振動陀螺儀具有更高的集成度，體積更小，也是現代陀螺儀的一個重要的發展方向。
陀螺儀傳感器特性
編輯
語音
首先陀螺儀傳感器最主要的特性是它的穩定性和進動性。我們可以從兒童玩的地陀螺中發現高速旋轉的陀螺可以豎直不倒而保持與地面垂直，這就反映出陀螺運動時候的穩定性。研究陀螺儀運動特性的理論是繞定點運動剛體動力學的一個分支，它以物體的慣性為基礎，研究旋轉物體的動力學特性。可以說陀螺儀傳感器是一個簡單易用的基于自由空間移動和手勢的定位和控制系統。
陀螺儀傳感器應用
編輯
語音
1、國防工業陀螺儀傳感器原本是運用到直升機模型上的，而它已經被廣泛運用于手機這類移動便攜設備上，不僅僅如此現代陀螺儀是一種能夠精確地確定運動物體的方位的儀器，所以陀螺儀傳感器是現代航空，航海，航天和國防工業應用中的必不可少的控制裝置。陀螺儀傳感器是法國的物理學家萊昂·傅科在研究地球自轉時命名的，到如今一直是航空和航海上航行姿態及速率等最方便實用的參考儀表。
[1]
2、開門報警器陀螺儀傳感器新的應用：測量開門的角度，當門被打開一個角度后，發出報警聲，或者結合GPRS模塊發送短信以提醒門被打開了。另外，陀螺儀傳感器集成了加速度傳感器的功能，當門被打開的瞬間，將產生一定的加速度值，陀螺儀傳感器將會測量到這個加速度值，達到預設的門檻值后，將發出報警聲，或者結合GPRS模塊發送短信以提醒門被打開了。報警器內還可以集成雷達感應測量功能，只要有人進入房間內移動時就會被雷達測量到。雙重保險提醒防盜，可靠性高，誤報率低，非常適合重要場合的防盜報警。
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Q陀螺儀傳感器讓車載導航更精準
近年來為了提高汽車應用系統的可靠性,傳感器融合系統被越來越多的應用到汽車領域,如汽車導航系統中的行人檢測和預碰撞警告等,通過提供精準的導航信息,為駕駛員提供更安全,更穩定,更舒適的出行體驗,例如在行人檢測系統中,只使用低成本的紅外傳感器不能檢測到行人的實際位置,而利用傳感器...
2020-06-010
南山電子NSCN
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針對工業應用的抗振動和姿態控制的陀螺儀傳感器：XV7021BB
大家好，今天來給大家介紹下針對工業應用的抗振動和姿態控制的陀螺儀傳感器：XV7021BB。XV7021BB陀螺儀傳感器的電源電壓（VDDM）均為2.7V~3.6V，接口電源電壓（VDDI）范圍為1.65V~3.6V，較低的電壓需求便于應用電路的設計；XV7021BB內置溫度...
2020-12-250
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用于自動化機器的數字輸出型陀螺儀傳感器：XV7081BB
大家好，今天給大家來介紹一款用于自動化機器的數字輸出型陀螺儀傳感器XV7081BB。這款新推出的陀螺儀XV7081BB到底有什么魅力呢？我們可以用常用款用于智能割草機的XV7011BB作對比：XV7081BB提供16位或24位分辨率的角速率輸出，速率范圍為±400°/s。而...
2021-02-220
南山電子NSCN
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淺談：EPSON陀螺儀傳感器的特征和用途
大家好今天給大家介紹陀螺傳感器，陀螺儀傳感器。其實陀螺儀傳感器在很多領域都需要用到。如被用在手機的攝像頭上，來防止由于抖動對圖像質量的影響。再如當汽車行駛過程中沒有GPS訊號時，可以通過陀螺儀來測量汽車的偏航或直線運動位移，從而繼續導航等。陀螺儀傳感器有MEMS（微機電系統...
2020-06-280
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京瓷新設備用陀螺儀傳感器估測碳水化合物含量
導讀：作為慣性技術中的重要器件，陀螺儀有著廣泛的應用，在民用方面，隨著MEMS技術的發展，MEMS陀螺儀憑借微型化、易集成等優勢，被用于諸如手機、各類體感游戲機、防抖攝像機、VR等設備和場景應用中。京瓷推出的便攜式碳水化合物監測儀器，資料圖最近，日本知名半導體廠商京瓷（Ky...
2019-10-160
參考資料
1.
陀螺儀傳感器應用于國防工業
．中國移動物聯網[引用日期2013-01-04]
陀螺儀傳感器是一種使用簡單、易于控制的、可基于自由空間進行移動和手勢進行定位的控制系統。最開始它是運用在直升機的模型上，現在已經被廣泛運用在各種便攜移動設備中，越來越受人們。進動性和穩定性是陀螺儀傳感器的特性，也使得它在運行檢測的時候能夠保持著比較高的效率。那么，下面就和大家一起來了解一下陀螺儀傳感器原理，來看看吧！
陀螺儀傳感器原理
陀螺儀的原理就是，一個旋轉物體的旋轉軸所指的方向在不受外力影響時，是始終不變的。人們利用這個道理，用它來保持方向。隨后用多種方法讀取軸所指示的方向，并自動將數據信號傳給控制系統。我們騎自行車其實也是利用了這個原理。輪子轉得越快越沒那么容易倒，是因為車軸有一股保持水平的力量。現在陀螺儀可以準確地確定運動物體的方位的儀器，它在現在航空，航海，航天和國防工業中廣泛使用的一種慣性導航儀器。傳統的慣性陀螺儀主要部分有機械式的陀螺儀，而機械式的陀螺儀對工藝結構的要求很高。70年代提出了現在光纖陀螺儀的基本設想，到八十年代以后，光纖陀螺儀就獲得了非常迅速的發展，激光諧振陀螺儀也得到很大的發展。光纖陀螺儀具有結構緊湊，靈敏度高，工作安全可靠。光纖陀螺儀在很多的領域已經完全取代了機械式的傳統的陀螺儀，成為現在導航儀器中的關鍵部件。光纖陀螺儀同時發展的除了環式激光陀螺儀外。
陀螺儀傳感器有什么用？
1、國防工業
陀螺儀傳感器原本是應用到直升機模型上的，而它已經被廣泛應用于手機這類移動便攜設備上，不單單是如此現在陀螺儀是一種能夠準確地確定運動物體的方位的儀器，所以陀螺儀傳感器是現在航空，航海，航天和國防工業應用中的必不可少的控制裝置。陀螺儀傳感器是法國的物理學家萊昂·傅科在研究地球自轉時命名的，到現如今一直是航空和航海上航行姿態及速率等最方便實用的參考儀表。[1]
2、開門報警器
陀螺儀傳感器新的應用：測量開門的角度，當門被打開一個角度后，發出聲響聲，或者結合GPRS模塊發送短信以提示門被打開了。另外，陀螺儀傳感器集合了加速度傳感器的功能，當門被打開的瞬間，將產生一定的加速度值，陀螺儀傳感器將會測量到這個加速度值，超過預設的門檻值后，將發出聲響聲，或者結合GPRS模塊發送短信以提示門被打開了。報警器內還可以集合雷達感應測量功能，只需有人進入房間內移動時就會被雷達測量到。雙重保險提示防盜，可靠性高，誤報率低，非常適合關鍵場合的防盜報警。
陀螺儀傳感器分類
1、二自由度陀螺儀。
利用二自由度陀螺儀中所使用的反作用力矩的性質，可以把這種陀螺儀分成三種類型：
1、積分陀螺儀。
2、速率陀螺儀。
3、無約束陀螺。
除了機、電框架式陀螺儀以外，還出現了某些新型陀螺儀，如靜電式自由轉子。
陀螺儀傳感器原理手機是什么？看完本文，相信您對于陀螺儀傳感器的認識也能夠更近一步了！陀螺儀傳感器環使用容易，作為現代社會工業廣泛使用的一種傳感器，陀螺儀傳感器在市場上的有著廣闊的市場發展空間。而伴隨著傳感器技術水平的飛速發展，在今后，陀螺儀傳感器的使用性能將會越來越高效、穩定。
原標題：陀螺儀傳感器工作原理深度解析
前言：
看過盜夢空間的同志們一定對電影中的跟上圖的小物件很熟悉——陀螺儀，那么它的工作原理是什么呢?在手機等移動設備中是怎么應用的呢?現如今的技術又是怎么樣的呢?本文將帶你深入了解!
一、陀螺儀的歷史
最早的陀螺儀
陀螺儀最早是法國科學家在1850年在研究地球自轉中獲得靈感而發明的，如上圖所示，將一個高速旋轉的陀螺放到一個萬向支架上，靠陀螺的方向來計算角速度，其簡易圖如下所示。
中間金色的轉子即為陀螺，它因為慣性作用是不會受到影響的，周邊的三個“鋼圈”則會因為設備的改變姿態而跟著改變，通過這樣來檢測設備當前的狀態，而這三個“鋼圈”所在的軸，也就是三軸陀螺儀里面的“三軸”，即X軸、y軸、Z軸，三個軸圍成的立體空間聯合檢測手機的各種動作，陀螺儀的最主要的作用在于可以測量角速度。
陀螺儀發明之后，首先應用在飛機上，后來有被德國用在導彈中，德國人設計出慣性指導系統，慣性制導系統可以采用陀螺儀確定方向和角速度，用加速度計測試加速度，就可以計算出導彈的路線，從而進行飛行姿態的控制。
傳統的慣性陀螺儀主要是機械式的陀螺儀，機械式的陀螺儀對工藝結構等要求很高，結構復雜，它的精度受到了很多方面的制約。隨著技術的逐漸發展，漸漸的發展處了光纖、激光陀螺儀等等各種較為先進的陀螺儀，目前手機中使用的為MEMS原理的陀螺儀，即硅微機電陀螺儀。(MEMS：是指集中機械元素、微型傳感器、微型執行器以及信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的完整微型機電系統。
二、MEMS陀螺儀的工作原理
MEMS陀螺儀采用的是依賴于相互正交的震動和轉動引起的交變科里奧利力。
MEMS陀螺儀利用coriolis，將旋轉物體的角速度轉換成與角速度成正比直流電壓信號，其核心部件通過摻雜技術、光刻技術、腐蝕技術、LIGA技術、封裝技術等批量生產的。
陀螺儀的內部原理是這樣的：對固定指施加電壓，并交替改變電壓，讓一個質量塊做振蕩式來回運動，當旋轉時，會產生科里奧利加速度，此時就可以對其進行測量;這有點類似于加速度計，解碼方法大致相同，都會用到放大器。
角速率由科氏加速度測量結果決定
科氏加速度=2 × (w × 質量塊速度)
w是施加的角速率(w=2 πf)
通過14 kHz共振結構施加的速度(周期性運動)快速耦合到加速度計框架
科氏加速度與諧振器具有相同的頻率和相位，因此可以抵消低速外部振動
該機械系統的結構與加速度計相似(微加工多晶硅)
信號調理(電壓轉換偏移)采用與加速度計類似的技術
施加變化的電壓來回移動器件，此時器件只有水平運動沒有垂直運動。如果施加旋轉，可以看到器件會上下移動，外部指將感知該運動，從而就能拾取到與旋轉相關的信號。
上面的動畫，只是抽象展示了陀螺儀的工作原理，而真實的陀螺儀內部構造是下面這個樣子，別不小心誤會了哦~
三、陀螺儀的應用
“陀螺儀”是加速度傳感器的升級版，加速度傳感器能檢測和感應某一軸向的線性動作，而陀螺儀能檢測和感應3D空間的線性和動作，從而能夠辨認方向、確認姿態、計算角速度。
自喬布斯發布第一款帶陀螺儀的手機時，讓手機玩極品飛車類的游戲就成為了可能。
首先就是能夠對駕駛類游戲做出更真實的模擬。通過陀螺儀，能夠對手機的偏轉角度、速度、時間等進行測量，從而實現對游戲視野的變化和車輛方向速度的改變，讓游戲的體驗有了質的提升!
其次是能夠幫助攝像頭進行防抖(OIS)，通俗來說就是當你按下快門的那一刻，陀螺儀檢測手機抖動的角度，然后根據角度來算出鏡頭模組需要補償的距離，讓鏡頭通過反向運動來抵消手機的抖動，從而實現鏡頭在拍攝的那一刻的絕對靜止，提高成片率。
再次就是輔助GPS導航，在某些gps信號弱或者無信號的地方，比如隧道等，手機就可以根據之前定位的地點和陀螺儀檢測的運動速度和時間和方向，推算出當前的位置，來達到暫時定位的目的。
在手機的具體應用中，通常會采用A+G方案，即將加速度傳感器和陀螺儀做在一起，從而節省一路I2C。
文章來源：IOT開發社區 手機技術資訊
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