加速度计和陀螺仪的测量范围、测量精度及单位换算方法

01说在前面的话

1. 有不少朋友在做项目的时候经常涉及到加速度计和陀螺仪的原始数据转换为其他的单位的问题，这篇文章梳理和推导一下。

1）加速度计的原始数据 在应用时常见的转换单位有: g、m/s^2 、角度

2）陀螺仪的原始数据 在应用时常见的转换单位有：°/s、red/s、角度

2. 是对《几种常用的加速传感参数比较》这篇文件更新，在这篇文章中将不同参加的传感器参数对比和精度参数写在一起，本文专讲精度参数和单位换算

02测量范围和精度

在MEMS 传感的数据手册中都给出了加速度计和陀螺仪的测量范围和测量精度。有测量范围是可以推算出测量精度的。

不论是加速还是陀螺仪，数据寄存器都是16位的，由于最高位是符号位，故而数据寄存器的输出范围是 -7FFF~7FFF （-32767~32767）。

陀螺仪：

假如，我们选择陀螺仪的测量范围是 ±2000，在数据手册中 16.4 LSB/(°/s)是 32767/2000 = 16.4 计算出来的

那么寄存器的数字和测量范围的对应关系：

-32767	32767
-2000(°/s)	2000(°/s)

比如，通过寄存器读取陀螺仪的值是1000的，那么我们求角速度 X


加速度：

同样假如，我们选择加速度的测量范围是 ±16，在数据手册中 2048 LSB/g 是 32767/16 = 2048 计算出来的

那么寄存器的数字和测量范围的对应关系：

-32767	32767
-16g	16g

比如，通过寄存器读取陀螺仪的值是1000的，那么我们求重力加速度 X X = 1000 / 2048 = 0.49g

03单位换算

1. 不同量程下精度的计算

加速度计量程为:±2g

获取到的加速度计数据 除以16384

加速度计量程为:±4g

获取到的加速度计数据 除以8192

加速度计量程为:±8g

获取到的加速度计数据 除以4096

加速度计量程为:±16g

获取到的加速度计数据 除以2048

2.可以转化为带物理单位的数据，单位：g(m/s^2)

3. 可以通过三角关系转换为角度

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. 不同量程下精度的计算

陀螺仪量程为:±250 dps

获取到的陀螺仪数据除以131

陀螺仪量程为:±500 dps

获取到的陀螺仪数据除以65.5

陀螺仪量程为:±1000dps

获取到的陀螺仪数据除以32.8

陀螺仪量程为:±2000dps

获取到的陀螺仪数据除以16.4

2.可以转化为带物理单位的数据，单位：rad/s

//原始数据
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];
//坐标map转换
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];
//重力加速度计算 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;

审核编辑：汤梓红