高精度6轴惯性导航模块说明书1产品概述.docx
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高精度6轴惯性导航模块说明书1产品概述
高精度6轴惯性导航模块说明书
1产品概述
此六轴模块采用先进的数字滤波技术（卡尔曼滤波），能有效降低测量噪声，提高测量精度。
模块内部集成了运动引擎DMP，获取四元数得到当前姿态。
姿态测量精度0.01度，稳定性极高，性能甚至优于某些专业的倾角仪！
此六轴模块采用高精度的陀螺加速度计MPU6050，通过处理器读取MPU6050的测量数据然后通过串口输出，免去了用户自己去开发MPU6050复杂的I2C协议，同时精心的PCB布局和工艺保证了MPU6050收到外接的干扰最小，测量的精度最高。
2性能参数
1、电压：
3V~6V
2、电流：
<10mA
3、体积：
17.8mmX17.8mm 重量：
1.1g
4、焊盘间距：
上下100mil（2.54mm），左右600mil（15.24mm）
5、测量维度：
加速度：
3维，角速度：
3维，姿态角：
3维
6、量程：
加速度:
±16g，角速度:
±2000°/s。
7、分辨率：
加速度：
6.1e-5g，角速度:
7.6e-3°/s。
8、稳定性：
加速度：
0.01g，角速度0.05°/s。
9、姿态测量稳定度：
0.01°。
10、数据输出频率100Hz（波特率115200）/20Hz（波特率9600）。
11、数据接口：
串口（TTL电平），I2C（直接连MPU6050，无姿态输出）
10、波特率115200kps/9600kps。
3引脚说明：
名称
功能
VCC
模块电源，3.3V或24V输入
RX
串行数据输入，TTL电平
TX
串行数据输出，TTL电平
GND
地线负极
4硬件连接方法
4.1与计算机
与计算机连接，需要USB转TTL电平的串口模块。
推荐以下USB转串口模块。
USB串口模块连接6050模块的方法是：
USB串口模块的+5V，TXD，RXD，GND接
6050模块的VCC，RX，TX，GND。
注意TXD和RXD的交叉。
4.2连单片机
4.3MCU连单片机并输出调试信息。
通常情况下，MCU的串口资源比较紧张，有的单片机只有一个串口，而且调试的时候需要通过串口输出调试信息，这时可以将MCU的TX引脚连接到USB转串口模块的RX上，
6050模块的TX接到MCU的RX引脚上，这样MCU既可以收到6050模块的数据，又可以输出调试信息了。
只是MCU无法输出串口指令给6050模块了，不过模块的配置都是可以掉电保存的，而且校准可以再上电后第三秒钟自动执行，通常情况下不用发送任何指令即可工作。
4.4用上位机监视模块与单片机的通信。
如果需要在MCU接受6050模块的输出数据的同时，用上位机监视当前的数据，可以将USB转串口模块的RX接到模块的TX引脚上，并共地即可。
5通信协议
电平：
TTL电平（非RS232电平，若将模块错接到RS232电平可能造成模块损坏）波特率：
115200/9600，停止位1，校验位0。
5.1上位机至模块
指令内容
功能
备注
0x52
角度初始化
使Z轴角度归零
0x61
使用串口，禁用I2C
掉电保存，建议使用上位机修改
0x62
禁用串口，使用I2C接口
掉电保存，建议使用上位机修改
0x63
波特率115200，帧率100Hz
掉电保存，建议使用上位机修改
0x64
波特率9600，帧率20Hz
掉电保存，建议使用上位机修改
说明：
1.模块上电以后需先保持静止，模块内部的MCU会在模块静止的时候进行自动校准（消除陀螺零漂），校准以后Z轴的角度会重新初始化为0，Z轴角度输出为0时，可视为自动校准完成的信号。
2.出厂默认设置使用串口，波特率115200，帧率100Hz。
配置可通过上位机软件配置，因为所有配置都是掉电保存的，所以只需配置一次就行。
5.2模块至上位机:
模块发送至上位机每帧数据分为3个数据包，分别为加速度包，角速度包和角度包，3
个数据包顺序输出。
波特率115200时每隔10ms输出1帧数据，波特率9600时每隔50ms输出一帧数据。
5.2.1加速度输出：
数据编号
数据内容
含义
0
0x55
包头
1
0x51
标识这个包是加速度包
2
AxL
X轴加速度低字节
3
AxH
X轴加速度高字节
4
AyL
y轴加速度低字节
5
AyH
y轴加速度高字节
6
AzL
z轴加速度低字节
7
AzH
z轴加速度高字节
8
TL
温度低字节
9
TH
温度高字节
10
Sum
校验和
加速度计算公式：
ax=（（AxH<<8）|AxL）/32768*16g（g为重力加速度，可取9.8m/s2）ay=（（AyH<<8）|AyL）/32768*16g（g为重力加速度，可取9.8m/s2）az=（（AzH<<8）|AzL）/32768*16g（g为重力加速度，可取9.8m/s2）温度计算公式：
T=（（TH<<8）|TL）/340+36.53℃
校验和：
Sum=0x55+0x51+AxH+AxL+AyH+AyL+AzH+AzL+TH+TL
5.2.2角速度输出：
数据编号
数据内容
含义
0
0x55
包头
1
0x52
标识这个包是角速度包
2
wxL
X轴角速度低字节
3
wxH
X轴加速度高字节
4
wyL
y轴加速度低字节
5
wyH
y轴加速度高字节
6
wzL
z轴加速度低字节
7
wzH
z轴加速度高字节
8
TL
温度低字节
9
TH
温度高字节
10
Sum
校验和
角速度计算公式：
wx=（（wxH<<8）|wxL）/32768*2000（°/s）wy=（（wyH<<8）|wyL）/32768*2000（°/s）wz=（（wzH<<8）|wzL）/32768*2000（°/s）温度计算公式：
T=（（TH<<8）|TL）/340+36.53℃
校验和：
Sum=0x55+0x52+wxH+wxL+wyH+wyL+wzH+wzL+TH+TL
5.2.3角度输出：
数据编号
数据内容
含义
0
0x55
包头
1
0x53
标识这个包是角度包
2
RollL
X轴角度低字节
3
RollH
X轴角度高字节
4
PitchL
y轴角度低字节
5
PitchH
y轴角度高字节
6
YawL
z轴角度低字节
7
YawH
z轴角度高字节
8
TL
温度低字节
9
TH
温度高字节
10
Sum
校验和
角速度计算公式：
滚转角（x轴）Roll=（（RollH<<8）|RollL）/32768*180（°）俯仰角（y轴）Pitch=（（PitchH<<8）|PitchL）/32768*180（°）偏航角（z轴）Yaw=（（YawH<<8）|YawL）/32768*180（°）温度计算公式：
T=（（TH<<8）|TL）/340+36.53℃
校验和：
Sum=0x55+0x53+RollH+RollL+PitchH+PitchL+YawH+YawL+TH+TL
注：
1.姿态角结算时所使用的坐标系为东北天坐标系，正方向放置模块,如下图所示向左为X轴，向前为Y轴，向上为Z轴。
欧拉角表示姿态时的坐标系旋转顺序定义为为z-y-x,即先绕z轴转，再绕y轴转，再绕x轴转。
2.滚转角的范围虽然是±180度，但实际上由于坐标旋转顺序是Z-Y-X，在表示姿态的时候，俯仰角（Y轴）的范围只有±90度，超过90度后会变换到小于90度，同时让X轴的角度大于180度。
详细原理请大家自行XX欧拉角及姿态表示的相关信息。
3.由于三轴是耦合的，只有在小角度的时候会表现出独立变化，在大角度的时候姿态角度会耦合变化，比如当X轴接近90度时，即使姿态只绕X轴转动，Y轴的角度也会跟着发生较大变化，这是欧拉角表示姿态的固有问题。
6上位机使用方法
选择正确的串口
正常情况下，选择好正确的串口就可以看到数据了。
如果需配置波特率，请点击
点开始测量、停止测量，选择是否使用串口输出数据。
陀螺仪校准按钮用于校准陀螺零位，校准时需保持静止。
角度初始化用于让Z轴的角度数据归零。
点记录按钮可以将数据保存为文件
保存的文件在上位机程序的目录下：
数据可以导入到Exel或者Matlab中进行分析。
在Matlab环境下运行上位机根目录下的
“Matlab绘图.m”文件，可以绘制数据曲线图。
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