Ориентация акселерометра (LIS3DH)

Подумайте о том, чтобы взять на себя этот проект в нескольких шагах. Некоторые вы можете сделать сейчас, а другие позже, если это необходимо

Во-первых, акселерометры обычно не нуждаются в выравнивании. Но если точность и воспроизводимость важны, проект может выиграть от нахождения любого смещения, которое может потребоваться одному акселерометру, и от нахождения любых корректировок величины между тремя акселерометрами. Используя гравитацию, вращайте каждый акселерометр через их максимальные отрицательные и положительные значения. Используйте эти значения, чтобы найти такое смещение, чтобы абсолютные значения были равны для каждого отдельного акселерометра. Затем выберите один акселерометр в качестве базиса и найдите соответствующие коэффициенты для нормализации двух других акселерометров таким образом, чтобы абсолютные значения всех максимумов и минимумов были равны. Как уже было намекнуто, это один из шагов, который вы можете пропустить позже, если это необходимо. Если вам нужно более подробное объяснение, вы можете найти его в разделе 2 этого документа STMicro.

Чтобы найти углы, лучше всего рассмотреть классический пример самолета, где тангаж (нос вверх или вниз) и крен (вращение вокруг оси, проходящей через нос и хвост). Вот хороший погружной проект Arduino, который стоит рассмотреть. В этом проекте ось Z акселерометра направлена вниз, а ось X-в сторону. Чтобы найти КРЕН, автор вычисляет обратную касательную отрицательного отношения ускорения в направлении X к ускорению в направлении Z.

Расчет высоты тона немного сложнее. Это можно найти, взяв обратный тангенс ускорения в направлении Y над квадратным корнем из суммы квадратов ускорения X плюс Y.

С этим покончено, а теперь подумайте, как обнулить углы. Сначала решите, будете ли вы регулировать крен или тангаж. Давайте рассмотрим случай с рулоном. Запишите текущий угол крена и вычтите его из текущего расчетного угла крена, прежде чем отображать его как ноль. Теперь поверните акселерометр так, чтобы он вращался вокруг оси Y (помните, что мы рассматриваем только случай крена и не хотим изменять показания акселерометра Y!). Если вы сделали математику правильно, то отображаемый угол будет разницей между тем, когда вы начали и закончили вращение.

Теперь подумайте, что произойдет, если вы повернете свой акселерометр в положение крена, где ускорение в направлении Z упадет до нуля. Ваша тригонометрическая обратная касательная функция для крена уйдет в бесконечность! В физическом мире, где карданы используются для воздушной и космической навигации, это называется карданным замком!

Что делать с карданным замком?! Ну, это история, которая начинается в 1843 году (да, это действительно звучит странно, не правда ли, WRT air and space navigation). Короче говоря, если вы перестанете использовать классическую тригонометрию для преобразования ускорения в угол и начнете использовать кватернионы, то полностью избежите блокировки кардана. Кватернионы используют комплексные числа для описания вращения в трехмерном пространстве. Люди, которые пишут 3D-игровые программы, просто обожают, как кватернионы упрощают их работу. Это еще один из тех шагов, которые вам не нужно делать. Но это сделает ваш проект еще более надежным.

(Кстати, это технический паспорт STMicro LIS3DH.)