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本方案使用COF屏的IO口模擬I2C信號(hào)與MPU6050通訊，實(shí)現(xiàn)航空姿態(tài)儀表可視化顯示。MPU6050采集數(shù)據(jù)，T5L0芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取和濾波算法處理，計(jì)算出姿態(tài)數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)COF屏進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)可視化顯示。可視化界面通過(guò)迪文DGUS軟件設(shè)置，有效縮減工程開發(fā)時(shí)間。

方案框圖

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方案簡(jiǎn)介

硬件連接

COF屏轉(zhuǎn)接板HDL662S的P32腳連接MPU6050模塊的SDL腳，P33腳連接MPU6050的SDA腳，VCC和GND分別接電源和地。同時(shí)，轉(zhuǎn)接板的UART2連接上位機(jī)，其中P21~P26六個(gè)IO接入上位機(jī)6個(gè)LED燈上，方便輸出調(diào)試信息，通過(guò)LED顯示運(yùn)行狀態(tài)向COF屏輸出命令。

1.1 COF屏與MPU6050模塊連接接線圖

1.2 COF屏與MPU6050模塊連接實(shí)物圖

數(shù)據(jù)讀取主要程序代碼

（1）I2C讀取MPU6050數(shù)據(jù)代碼

COF屏為用戶提供了可使用的IO口，我們可以直接使用IO口模擬I2C信號(hào)與MPU600通訊。C51 V6例程中有一個(gè)I2C RTC硬件的驅(qū)動(dòng)代碼，基于這個(gè)代碼來(lái)修改，可以得到MPU6050使用的通訊函數(shù)。從I2C RTC硬件的驅(qū)動(dòng)代碼中可移植的主要代碼函數(shù)：

編寫針對(duì)MPU6050的各個(gè)操作命令：

結(jié)合MPU6050寄存器定義設(shè)置，使T5L0成功讀取完整正確數(shù)據(jù)。MPU主要用到的寄存器如下所示：

對(duì)應(yīng)的硬件IO口連接定義端口代碼：

sbit IIC_SCL=P3^2;

sbit IIC_SDA=P3^3;

#define SDA_IN() P3MDOUT=P3MDOUT&0xF7;

#define SDA_OUT() P3MDOUT=P3MDOUT|0x08;

現(xiàn)在，將上述各個(gè)部分的代碼整合編譯調(diào)試上載到COF屏，就能成功讀取MPU6050的各個(gè)寄存器數(shù)值。調(diào)試中需注意：

• MPU6050的I2C主頻與原RTC設(shè)備的主頻有差別，需適當(dāng)調(diào)整I2C函數(shù)操作中的時(shí)序，使其適配；
• T5L處理器速度快，在兩次讀取間要做一定的等待，否則會(huì)出現(xiàn)讀取數(shù)據(jù)為零的情況。經(jīng)反復(fù)測(cè)試，設(shè)置20ms間隔來(lái)讀取傳感器數(shù)據(jù)，此間隔對(duì)本實(shí)驗(yàn)完全適用；
• I2C、SDA線接觸一定要良好，否則會(huì)造成通訊中斷，需要重新初始化才能得到正確數(shù)據(jù)。

（2）姿態(tài)解算編寫響應(yīng)的函數(shù)對(duì)MPU6050原始數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，得到可供幾何顯示和姿態(tài)判斷使用的數(shù)據(jù)。姿態(tài)解算通過(guò)三軸的重力加速度分量得到以地球切面為參照系的三軸夾角轉(zhuǎn)換為以設(shè)備自身坐標(biāo)下的飛行夾角。定義如下：橫滾角Roll(Ф)表示繞X軸的旋轉(zhuǎn)，仰俯角Pitch(θ)表示繞Y軸的旋轉(zhuǎn)，航向角Yaw (ψ)表示繞Z軸的旋轉(zhuǎn)，如圖所示。

計(jì)算代碼算法如下：

roll = atan2(2* Gy*Gz + 2*G*Gx, -2*Gx*Gx -2*Gy*Gy+ 1)

pitch = asin(-2*Gx*Gz + 2*G* Gy)

yaw = atan2(2*( Gx*Gy +G*Gz),G*G+Gx*Gx-Gy*Gy-Gz*Gz)

（3） DGUS界面設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)參考了航空飛機(jī)中常見的G530導(dǎo)航儀儀表面板。面板總體布局分左側(cè)姿態(tài)數(shù)據(jù)顯示區(qū)、中右區(qū)為姿態(tài)主顯示區(qū)，以及下方的操作控制區(qū)。

1.4 姿態(tài)儀表顯示分區(qū)設(shè)計(jì)

1.5 姿態(tài)儀表DGUS 界面

（4） 可視化C51軟件開發(fā)

C51軟件開發(fā)主要有幾部分：

1. 通過(guò)I2C接口完成MPU6050的讀寫命令操作，從傳感器里獲得完整正確的數(shù)據(jù)；

2. 姿態(tài)解算：通過(guò)前面的算法，編寫響應(yīng)的函數(shù)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，獲得姿態(tài)顯示所需要的顯示數(shù)據(jù)；

3.數(shù)據(jù)可視化：將姿態(tài)的各個(gè)角度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成UI組件的控制數(shù)據(jù)，比如負(fù)數(shù)和小數(shù)的顯示問(wèn)題、量程的問(wèn)題等；

4.開發(fā)必要調(diào)試和跟蹤工具代碼，方便開發(fā)調(diào)試。

這里面通過(guò)數(shù)據(jù)顯示窗口主要顯示7個(gè)數(shù)據(jù)，分別為三向的姿態(tài)角度，三軸的加速度以及溫度。同時(shí)根據(jù)三項(xiàng)的姿態(tài)角度計(jì)算可視化的控制數(shù)據(jù)寫入顯示組件地址里：

1.6 姿態(tài)可視化C51軟件開發(fā)

COF屏的C51主代碼如下，重要部分已做了注釋。此項(xiàng)目使用T5L的C51操作I2C讀取MPU6050數(shù)據(jù)的代碼已附帶在文件附件中。 mpu6050_i2c.zip用戶開發(fā)體驗(yàn)
“通過(guò)此實(shí)驗(yàn)已經(jīng)完美的獲取了MPU6050六軸陀螺傳感器的數(shù)據(jù)讀取，姿態(tài)解算的方法，同時(shí)結(jié)合COF屏完美的展示了MPU6050姿態(tài)的可視化。在實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，COF屏在完成負(fù)載的儀表界面顯示時(shí)，依然完成了I2C數(shù)據(jù)讀取，復(fù)雜的浮點(diǎn)計(jì)算，以及內(nèi)存地址操作。在實(shí)際測(cè)試中讀取I2C速度可達(dá)8KBps，能夠在1ms內(nèi)讀取完整的MPU7項(xiàng)數(shù)據(jù)，并且在18ms內(nèi)完成了原始數(shù)據(jù)的三角函數(shù)計(jì)算工作，解算出飛航的各個(gè)姿態(tài)數(shù)據(jù)，并且更新到顯示屏上。”