核心逻辑

  • 通信协议：IMU 通过串口发送二进制数据帧。每一帧以 0x55 开头，紧接着是帧类型（Frame Type），然后是数据载荷。
  • **数据解析 (__read_frame)**：
    • 代码不断读取串口数据，利用 struct.unpack 将二进制数据转换为整数。
    • 物理量转换：原始整数数据被转换为物理单位。例如，加速度的原始值除以 32768.0 再乘以量程 16.0，得到单位为 $g$ 的加速度。
    • 支持的数据类型包括：加速度、角速度、欧拉角（Roll/Pitch/Yaw）、磁场、四元数。
  • **多线程运行 (run_forever)**：
    • 为了不阻塞主程序的运行，驱动开启了一个后台线程（threading.Thread）专门负责读取串口数据并更新类的成员变量（如 self.acceleration）。
  • 配置机制：
    • IMU 有写保护。修改配置前必须先调用 unlock() 发送特定密钥。
    • 修改后需调用 save() 将配置写入 EEPROM，否则掉电丢失。

主要类 SerialImu 的关键方法

  • __init__: 打开串口，初始化存储数据的 numpy 数组。
  • __read_frame: 解析协议的核心。识别帧头 0x55，根据帧类型更新对应的属性（如 self.angle）。
  • unlock: 写入寄存器 0x69 值为 0xB588，这是该硬件解除写保护的标准操作。
  • set_output_content: 配置 IMU 每一轮发送哪些数据包（例如只发加速度和角速度，不发 GPS），通过位掩码实现。
  • set_baudrate / set_sampling_rate: 修改通信速率和数据更新频率。

Class 常量列表

Class ImuRegisters (寄存器地址)

该类定义了 IMU 内部寄存器的地址映射，用于配置和读取状态。

分类 寄存器名称 地址 (Hex) 描述
系统控制 SAVE 0x00 保存配置/重启/恢复出厂
CALSW 0x01 进入校准模式
RSW 0x02 配置输出内容 (位掩码)
RRATE 0x03 输出速率 (采样率)
BAUD 0x04 串口波特率
SLEEP 0x22 休眠模式
ORIENT 0x23 安装方向设置
POWONSEND 0x2D 上电是否自动发送
KEY 0x69 解锁密钥 (写入 0xB588 解锁)
零偏校准 AXOFFSET - AZOFFSET 0x05 - 0x07 加速度 X/Y/Z 零偏
GXOFFSET - GZOFFSET 0x08 - 0x0A 角速度 X/Y/Z 零偏
HXOFFSET - HZOFFSET 0x0B - 0x0D 磁场 X/Y/Z 零偏
传感器配置 MAGRANGX - MAGRANGZ 0x1C - 0x1E 磁场校准范围
BANDWIDTH 0x1F 带宽设置
GYRORANGE 0x20 陀螺仪量程
ACCRANGE 0x21 加速度计量程
AXIS6 0x24 算法选择 (6轴/9轴)
FILTK 0x25 动态滤波系数
ACCFILT 0x2A 加速度滤波器
数据读取 AX, AY, AZ 0x34 - 0x36 加速度原始数据
GX, GY, GZ 0x37 - 0x39 角速度原始数据
HX, HY, HZ 0x3A - 0x3C 磁场原始数据
ROLL, PITCH, YAW 0x3D - 0x3F 欧拉角
TEMP 0x40 温度
Q0 - Q3 0x51 - 0x54 四元数
GPS/高度 PRESSUREL/H 0x45/0x46 气压值
HEIGHTL/H 0x47/0x48 高度值
LONL/H, LATL/H 0x49-0x4C 经纬度
GPSHEIGHT, GPSYAW 0x4D, 0x4E GPS海拔与航向
GPSVL/H 0x4F, 0x50 GPS地速
I/O 与其他 D0MODE - D3MODE 0x0E - 0x11 数字引脚模式
IICADDRESS 0x1A I2C 地址
LEDOFF 0x1B 关闭 LED
READADDR 0x27 读寄存器指令
VERSION 0x2E 固件版本

Class FrameType (返回数据帧类型)

IMU 发回的数据包中，标识该包属于哪种数据的标识符（位于包头的 0x55 之后）。

常量名称 值 (Hex) 对应数据内容
TIME 0x50 时间戳 (年/月/日/时/分/秒/毫秒)
ACCELERATION 0x51 加速度 (X, Y, Z) & 温度
ANGULAR_VELOCITY 0x52 角速度 (X, Y, Z)
ANGLE 0x53 欧拉角 (Roll, Pitch, Yaw)
MAGNETIC_FIELD 0x54 磁场 (X, Y, Z)
PORT_STATUS 0x55 端口状态 (数字IO电平)
BAROMETER_ALTITUDE 0x56 气压与高度
LATITUDE_LONGITUDE 0x57 GPS 经纬度
GROUND_SPEED 0x58 GPS 地速
QUATERNION 0x59 四元数 (Q0, Q1, Q2, Q3)
GPS_POSITION_ACCURACY 0x5A GPS 定位精度
READY 0x5F 传感器就绪/响应

Class SamplingRate (采样率设置)

用于写入 RRATE 寄存器，控制数据回传频率。

常量名称 值 (Hex) 频率
RATE_0_2_HZ 0x01 0.2 Hz
RATE_0_5_HZ 0x02 0.5 Hz
RATE_1_HZ 0x03 1 Hz
RATE_2_HZ 0x04 2 Hz
RATE_5_HZ 0x05 5 Hz
RATE_10_HZ 0x06 10 Hz
RATE_20_HZ 0x07 20 Hz
RATE_50_HZ 0x08 50 Hz
RATE_100_HZ 0x09 100 Hz
RATE_200_HZ 0x0B 200 Hz
RATE_SINGLE 0x0C 单次请求
RATE_NO_RETURN 0x0D 不自动回传

Class Baudrate (波特率设置)

用于写入 BAUD 寄存器以及初始化 serial.Serial。

常量名称 值 (Hex) 实际波特率 (bps)
BAUD_4800 0x01 4800
BAUD_9600 0x02 9600
BAUD_19200 0x03 19200
BAUD_38400 0x04 38400
BAUD_57600 0x05 57600
BAUD_115200 0x06 115200 (默认常见)
BAUD_230400 0x07 230400
BAUD_460800 0x08 460800

使用示例

在代码底部的 if __name__ == "__main__": 块展示了标准用法：

  1. 初始化：imu = SerialImu(baudrate=Baudrate.BAUD_460800)
  2. 配置（可选）：
    • 先 unlock()。
    • 设置参数（如 set_output_content 开启四元数输出）。
    • save() 保存配置。
  3. 运行：
    • imu.run_forever()：启动后台线程读取数据。
    • 主循环中使用 imu.acceleration, imu.quaternion 等属性获取最新的传感器数据。