# AHRS

**Repository Path**: harry1990/AHRS

## Basic Information

- **Project Name**: AHRS
- **Description**: STM32 的AHRS算法，加速度陀螺仪为MPU6050，地磁传感器为HMS5883
- **Primary Language**: C
- **License**: GPL-2.0
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 49
- **Forks**: 15
- **Created**: 2015-04-06
- **Last Updated**: 2025-10-29

## Categories & Tags

**Categories**: hardware

**Tags**: None

## README

# AHRS - 姿态航向参考系统

## 项目简介

AHRS（Attitude and Heading Reference System）是一个基于STM32F10x微控制器的姿态航向参考系统。该系统通过融合多个传感器数据，实现高精度的姿态测量和航向估计，适用于无人机、机器人、导航设备等应用场景。

## 主要特性

- **多传感器融合**: 集成MPU6050六轴传感器、HMC5883L三轴磁力计和BMP085气压计
- **高级算法**: 采用DCM（方向余弦矩阵）算法和卡尔曼滤波进行姿态解算
- **传感器校准**: 支持加速度计和磁力计自动校准
- **实时通信**: 通过UART串口输出姿态数据和原始传感器数据
- **多种工作模式**: 支持传感器校准模式和正常运行模式

## 硬件要求

### 主控芯片
- STM32F10x系列微控制器（推荐STM32F103）
- 工作频率: 72MHz（9倍PLL倍频）

### 传感器模块
- **MPU6050**: 六轴运动处理传感器
  - 三轴陀螺仪
  - 三轴加速度计
  - I2C接口
  
- **HMC5883L**: 三轴数字磁罗盘
  - 三轴磁力计
  - I2C接口
  
- **BMP085**: 数字气压传感器
  - 气压测量
  - 温度测量
  - I2C接口

### 外设接口
- USART1: 串口通信，用于数据输出和命令接收
- I2C: 传感器通信接口
- GPIO: LED指示灯（LED1-LED4）

## 软件架构

### 目录结构

```
AHRS/
├── Source/              # 源代码文件
│   ├── MPU6050.c/.h    # MPU6050驱动
│   ├── hmc.c/.h        # HMC5883L驱动
│   ├── bmp085.c/.h     # BMP085驱动
│   ├── IIC.c/.h        # I2C通信接口
│   ├── ins.c/.h        # 惯性导航算法
│   ├── Matrix.c/.h     # 矩阵运算库
│   ├── acc_comp.c/.h   # 加速度计补偿
│   ├── System_Config.c/.h  # 系统配置
│   └── stm32f10x_it.c  # 中断处理
├── Libraries/           # STM32标准外设库
│   ├── CMSIS/          # ARM Cortex-M3核心支持
│   └── STM32F10x_StdPeriph_Driver/  # STM32外设驱动
├── Debug/              # 编译输出文件
├── settings/           # IAR工程设置
└── main_ins.c          # 主程序入口
```

### 核心模块

#### 1. 传感器驱动模块
- **MPU6050驱动**: 读取加速度和陀螺仪数据
- **HMC5883L驱动**: 读取磁场数据
- **BMP085驱动**: 读取气压和温度数据

#### 2. 算法模块
- **DCM算法**: 方向余弦矩阵姿态解算
- **卡尔曼滤波**: 传感器数据融合和滤波
- **矩阵运算**: 支持矩阵加减、乘法、转置、求逆等运算

#### 3. 校准模块
- **加速度计校准**: 多种补偿算法（acc_comp, acc_comp2, acc_comp3等）
- **磁力计校准**: 磁场干扰补偿
- **陀螺仪校准**: 零偏校准

## 编译与烧录

### 开发环境
- **IDE**: IAR Embedded Workbench for ARM
- **工程文件**: AHRS.eww（双击打开）

### 编译步骤
1. 打开IAR EWARM
2. 加载工程文件`AHRS.eww`
3. 选择Debug配置
4. 点击"Make"或按F7编译

### 烧录
1. 连接ST-Link或J-Link调试器
2. 点击"Download and Debug"或按Ctrl+D
3. 程序将自动烧录到MCU

## 使用说明

### 初始化流程

系统上电后，通过串口发送命令字节来选择工作模式：

```c
// 在串口上发送命令
0x05 - 进入传感器校准模式
0x23 - 进入正常运行模式
```

### 工作模式

#### 1. 传感器校准模式（命令: 0x05）
- 系统会持续输出原始传感器数据
- 输出格式: `ax ay az mx my mz\r\n`
- 用于收集校准数据和验证传感器工作状态

#### 2. 正常运行模式（命令: 0x23）
- 执行MPU6050校准
- 启动定时器中断
- 开始姿态解算
- 实时输出姿态角度（俯仰、横滚、航向）

### 串口通信

**通信参数**:
- 波特率: 根据`USART1_Config`配置（需查看具体代码）
- 数据位: 8位
- 停止位: 1位
- 校验位: 无

**数据格式**:
- 运动数据: 包含加速度、角速度、磁场数据
- 姿态数据: 包含偏航角、俯仰角、横滚角、高度等

### LED指示

系统提供4个LED指示灯（LED1-LED4）用于状态指示：
- LED控制通过GPIO的PB8、PB9、PE0、PE1实现
- 可根据需要在代码中自定义LED指示功能

## 算法说明

### DCM算法
方向余弦矩阵（Direction Cosine Matrix）算法用于姿态解算：
- 使用陀螺仪数据进行姿态更新
- 使用加速度计数据进行重力矢量修正
- 使用磁力计数据进行航向修正

### 卡尔曼滤波
- 融合多个传感器数据
- 降低测量噪声影响
- 提供最优姿态估计

### 矩阵运算
提供完整的矩阵运算库：
- `MatrixMultiply`: 矩阵乘法
- `MatrixTranspose`: 矩阵转置
- `MatrixInverse`: 矩阵求逆
- `MatrixSub`: 矩阵减法
- `UD`: UD分解

## 配置说明

### 系统时钟
- 使用PLL 9倍频
- 系统时钟: 72MHz（8MHz外部晶振 × 9）

### I2C配置
传感器通过I2C接口连接：
- MPU6050地址: 0x69
- HMC5883L地址: 0x1E
- BMP085: I2C接口

### 定时器配置
系统使用定时器中断进行周期性数据采集和处理。

## 注意事项

1. **传感器安装**: 确保传感器坐标轴与载体坐标系对齐
2. **校准环境**: 校准时应在无磁干扰、静止的环境中进行
3. **电源稳定**: 确保供电稳定，避免电压波动影响传感器读数
4. **I2C上拉**: I2C总线需要外部上拉电阻（通常2.2kΩ-10kΩ）
5. **初始姿态**: 系统启动时应保持水平静止状态

## 许可证

本项目采用开源许可证，详见[LICENSE](LICENSE)文件。

## 参考资料

- [STM32F10x参考手册](https://www.st.com/resource/en/reference_manual/cd00171190.pdf)
- [MPU6050数据手册](https://invensense.tdk.com/products/motion-tracking/6-axis/mpu-6050/)
- [HMC5883L数据手册](https://cdn-shop.adafruit.com/datasheets/HMC5883L_3-Axis_Digital_Compass_IC.pdf)
- [BMP085数据手册](https://cdn-shop.adafruit.com/datasheets/BMP085_DataSheet_Rev.1.0_01July2008.pdf)

## 贡献

欢迎提交Issue和Pull Request来改进本项目。

## 联系方式

如有问题或建议，请通过GitHub Issues联系。

---

**最后更新**: 2025年10月