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任务要求
完成具体项目为任务8 利用姿态传感器制作一个水平仪
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通过开发板自带的mma7660收集姿态信息
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通过滤波算法对收集来的姿态信息做滤波处理，消除抖动
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通过ST7789主控，将收集到的姿态信息绘制到内建的240*240屏幕上
一：环境配置
1、使用arduino IDE：
因为我没有使用micropython的经验，而且过去用过一些arduino设备进行过小东西的制作，所以本次使用了arduino IDE作为开发环境。
如果是纯新手，什么也不懂的，建议使用官方推荐的开发软件，thonny，这个软件页面简洁，基础功能齐全，简单易上手，非常适合初学者（比如我）。安装的教程网上比较多，这里推荐一个硬禾的教学视频https://class.eetree.cn/live_pc/l_60fe7f4fe4b0a27d0e360f74
2、硬禾学堂的基于树莓派RP2040的嵌入式系统学习平台：
硬禾学堂为“2022年寒假在家一起练活动统学习平台”制作了一系列平台，我选用的平台是RP2040 Game kit。
他的原理图如下，具体可以参考https://www.eetree.cn/project/detail/698
二：程序实现：
程序使用arduino IDE编写，其实mcropython非常好，有非常多的例程，而且还是未来的趋势，主要我时间太短了，假期天天在家带孩子，比平时上班更忙。时间实在不允许。实际上这个活动2.27结束，我是2.25才完成程序，2.26写这个和做视频。
1、模块介绍：
1、显示屏的使用：
首先需要下载st7789的库，使用的是一个成品库TFT_eSPI。这里要非常感谢杨半泛大佬，是这位大佬给提供的库，要是从github上直接搜的话，有的接口引脚定义的不太一致，是没法运行的。
使用方式如下：
初始化配置
// 以下初始设置来自TFT_SPI的示例程序，第1、2行引入库文件，第三行是给屏幕命名叫tft
#include "SPI.h"
#include "TFT_eSPI.h"
TFT_eSPI tft = TFT_eSPI();
uint32_t targetTime = 0; //这句用来定义刷新屏幕的间隔屏幕填充
tft.init(); //ST7889屏幕初始调用
tft.setRotation(0); //0是正上，1是顺时针旋转1x90度
tft.fillScreen(TFT_WHITE); // 设置背景为白色。或许白色看起来好看点
//tft.fillScreen( TFT_BLACK); 这里往下是一些其他可以用的颜色。
//tft.fillScreen(TFT_RED); 这里设个红色，结果背景出的是蓝色，我的天
//tft.fillScreen(TFT_GREEN);
//tft.fillScreen(TFT_BLUE);
//tft.fillScreen(TFT_BLACK);
// tft.fillScreen(TFT_GREY);
//tft.fillScreen(TFT_WHITE); //但是设的白色确实是显示的白色
画线
tft.drawLine(x0, y0, x1,y1, color);
参数：
x0：起点横坐标
y0：起点纵坐标
x1：终点横坐标
y1：终点纵坐标
color：线的颜色
tft.drawCircle(y1, x1, 5, TFT_GREEN);//画个坐标是x1，y1的小绿圈
//上一句如果是用的tft.fillCircle，就是画个实心的球，写字
int xx=1;
tft.setTextColor(TFT_BLUE, TFT_WHITE);//括号里分别是文字颜色和文字的背景颜色
tft.drawCentreString("X=",10,10,2);// “”里是字符串，10和10是xy的坐标，2是代表文字大小
tft.setTextColor(TFT_BLUE, TFT_WHITE);//同上
tft.drawFloat(xx,1,25,10,2);//跟第3行类似，这里是告诉大家怎么显示一个运算出来或是传感器发送来的数值，1代表小数点后1位。25和10代表xy坐标，2代表字高
2、MMA7660的调用
mma7660是一种比较低级的姿态传感器，精度比较差。角度信息是从-32到31，也就是只有0-64，这是只有6位吗。。。例程只有一个。相对是非常简单的。这个库可以在gitHUB搜到，是seeed做的
初始化
#include <Wire.h>
#include "MMA7660.h"
MMA7660 accelemeter;
int8_t x;
int8_t y;
int8_t z;
float ax,ay,az;
float xa ;
float ya ;
/*
头三行是调用相关的库文件和使能。4567行是用来定义相关参数，xyz代表xyz轴的角度，ax ay az是xyz轴的加速度。实际后者并没有用到。最后的xa ya是用来数值变换的。
*/setup里这样调用
accelemeter.init(); //mma7660初始调用采集数据我写了两个小函数，我估计正经是可以写一个函数就可以的。初哥没办法，愚公移山吧。这两个函数分别读xy轴的角度变化，为什么读x结果用的y的数据呢。是因为屏幕方向x的方向对应着传感器的y。所以就这样了。
//读取x坐标
int GetX(){
accelemeter.getXYZ(&x,&y,&z); //利用mma获取小珠的xyz变化
return y;
}
//读取y坐标
int GetY(){
accelemeter.getXYZ(&x,&y,&z); //利用mma获取小珠的xyz变化
return x;
}
4、具体显示
显示内容是这样的，首先擦除小球过去位置的图像，然后画小球现在位置的图像，最后画标尺线，
//这段内容是在loop里的， 画框线和写入xy值，用了两个小函数，让程序可编辑性或是代用性更强一点。
//我怀疑画小球可能也可以用一个小函数，时间有点紧，脑袋有点笨，只能直接放进loop了
if (targetTime <= millis()) {
targetTime = millis() + 15; // Update emter every 35 milliseconds 每35ms刷新一次
//现在要开始画小圈了，先画个白色的，和背景颜色一样。相当于恢复背景颜色
tft.fillCircle(FilterValueXB, FilterValueYB, 10, TFT_WHITE); //画个中间位置的圈
tft.drawCircle(FilterValueXB, 231, 5, TFT_WHITE); //画个水平位置的圈
tft.drawCircle(231, FilterValueYB, 5, TFT_WHITE); //画个垂直位置的圈
FilterValueYB = FilterValueY;//用新的y参数带入y参数，x也是一样原理
FilterValueXB = FilterValueX;
//下面3行是把新的参数带入进去,这回得画带颜色的了
tft.fillCircle(FilterValueXB, FilterValueYB, 10, TFT_GREEN); //画个中间位置的圈
tft.drawCircle(FilterValueXB, 231, 5, TFT_BLACK); //画个水平位置的圈
tft.drawCircle(231, FilterValueYB, 5, TFT_BLACK); //画个垂直位置的圈
drawStaff(); //画框线
drawTxt(); //写入xy的值画框线和写如xy值的小函数
void drawStaff() //弄一个画标尺的小函数，包括大框中间的十字标尺和水平，垂直标尺
{
tft.drawLine(221, 0, 221, 221, TFT_GREEN);
tft.drawLine(0, 221, 221, 221, TFT_GREEN);
for(int i=-12; i<13; i+=1)
{
tft.drawLine(110+i*8, 106, 110+i*8, 114, TFT_BLUE);//中间大框的横线
tft.drawLine(110+i*8, 222, 110+i*8, 225, TFT_BLUE);//下面水平条的横线1
tft.drawLine(110+i*8, 237, 110+i*8, 240, TFT_BLUE);//下面水平条的横线2
tft.drawLine( 106, 110+i*8, 114, 110+i*8, TFT_BLUE);//中间大框的竖线
tft.drawLine(222, 110+i*8, 225, 110+i*8, TFT_BLUE);//下面水平条的竖线1
tft.drawLine(237, 110+i*8, 240, 110+i*8, TFT_BLUE);//下面水平条的竖线2
}
for(int i=0; i<13; i+=4)
{
tft.drawCircle(110, 110, i*8, TFT_RED); //画个垂直位置的圈
}
}
void drawTxt()
{
int xx=map(xa,32, -31,-90,90);
int yy=map(ya,32, -31,-90,90);
tft.setTextColor(TFT_BLUE, TFT_WHITE);
tft.drawCentreString("X=",10,10,2);
tft.setTextColor(TFT_BLUE, TFT_WHITE);
tft.drawFloat(abs(xx),1,25,10,2);
tft.setTextColor(TFT_BLUE, TFT_WHITE);
tft.drawCentreString("Y=",10,30,2);
tft.setTextColor(TFT_BLUE, TFT_WHITE);
tft.drawFloat(abs(yy),1,25,30,2);
}
5、滤波算法
这个mma7660，至少我这个真的是抖的太厉害了。从网上找的滤波算法，一共10种，第十一种卡曼滤波我没试，其他都试了一遍，按有关资料来说，用32个平均值来滤波就行了，实际效果不好，还是抖的很厉害。
算法抄自极客工坊 http://www.geek-workshop.com/thread-7694-1-1.ht
我就不转载了，这里把我修改后使用的分享一下，因为我比较笨，还是xy轴各用一次滤波算法，而不是只用一个函数，分别算两次。
//算术平均滤波法
#define FILTER_N 30 //理论上越大越平滑，但是太大会卡，因为mcu算力不够。。。
float FilterX() {
int i;
int filter_sum = 0;
for(i = 0; i < FILTER_N; i++) {
filter_sum += GetX();
delay(5);//原版是1
}
return (float)(filter_sum / FILTER_N);
}
float FilterY() {
int i;
int filter_sum = 0;
for(i = 0; i < FILTER_N; i++) {
filter_sum += GetY();
delay(1);
}
return (float)(filter_sum / FILTER_N);
}
6、整体实现
流程图如下
这一部分我将把全部代码写出来并用注释的方式来介绍代码的实现。里面定义成float的，完全都应该是定义成int的，只不过我想定义成float是不是能平滑点呢，似乎是效果有限。毕竟传感器来的数据只有6位。
/*
* 以下初始设置来自mma7660fc的示例程序，前3行是引入库文件，后面4行是引入小珠坐标的定义字，其实就x和y有用
*/
#include <Wire.h>
#include "MMA7660.h"
MMA7660 accelemeter;
int8_t x;
int8_t y;
int8_t z;
float ax,ay,az;
float xa ;
float ya ;
/*
* 以下初始设置来自TFT_SPI的示例程序，第1、2行引入库文件，第三行是给屏幕命名叫tft
*/
#include "SPI.h"
#include "TFT_eSPI.h"
TFT_eSPI tft = TFT_eSPI();
uint32_t targetTime = 0; //这句用来刷新屏幕的
//定义滤波前后的x值 y值
float FilterValueX;//滤波后的x
float ValueX;
float ValueXB;
float FilterValueY;
float ValueY;
float ValueYB;
int Value=0; //这个可能是没啥用，本来是用在最后滤波的，我怀疑全用一个value是不行的，所以后面滤波那里又把vlaue分别携程valuex和valuey了
//定义时刻2的x值和y值，可能直接用滤波后的当时间2的值也行，回头要测试以下
int FilterValueXB;//x滤波后的值2，也就是值B
int FilterValueYB;
void setup()
{
accelemeter.init(); //mma7660初始调用
Serial.begin(9600);
/*
* 下面是设置屏幕的部分，先画出一部分来，省的完全都是用loop画，节省一些资源
*/
tft.init(); //ST7889屏幕初始调用
tft.setRotation(0); //0是正上，1是顺时针旋转1x90度
tft.fillScreen(TFT_WHITE); // 设置背景为白色。或许白色看起来好看点
//tft.fillScreen( TFT_BLACK); 一些其他可以用的颜色。
//tft.fillScreen(TFT_RED); 这里设个红色，结果背景出的是蓝色，我的天
//tft.fillScreen(TFT_GREEN);
//tft.fillScreen(TFT_BLUE);
//tft.fillScreen(TFT_BLACK);
// tft.fillScreen(TFT_GREY);
//tft.fillScreen(TFT_WHITE); //但是设的白色确实是显示的白色
targetTime = millis(); // Next update time 设置刷新用的，要不这东西不刷新
}
//---------------
void drawStaff() //弄一个画标尺的小函数，包括大框中间的十字标尺和水平，垂直标尺
{
tft.drawLine(221, 0, 221, 221, TFT_GREEN);
tft.drawLine(0, 221, 221, 221, TFT_GREEN);
for(int i=-12; i<13; i+=1)
{
tft.drawLine(110+i*8, 106, 110+i*8, 114, TFT_BLUE);//中间大框的横线
tft.drawLine(110+i*8, 222, 110+i*8, 225, TFT_BLUE);//下面水平条的横线1
tft.drawLine(110+i*8, 237, 110+i*8, 240, TFT_BLUE);//下面水平条的横线2
tft.drawLine( 106, 110+i*8, 114, 110+i*8, TFT_BLUE);//中间大框的竖线
tft.drawLine(222, 110+i*8, 225, 110+i*8, TFT_BLUE);//下面水平条的竖线1
tft.drawLine(237, 110+i*8, 240, 110+i*8, TFT_BLUE);//下面水平条的竖线2
}
for(int i=0; i<13; i+=4)
{
tft.drawCircle(110, 110, i*8, TFT_RED); //画个垂直位置的圈
}
}
//----------------
//----------------
/*
void xyzBall() //弄一个找珠子位置的函数
tft.setTextColor(TFT_BLACK); // Text colour 定义了文字颜色 这有用吗？
tft.drawCircle(y1, x1, 5, TFT_GREEN);//画个坐标是x1，y1的小绿球
}
*/
void drawTxt()
{
int xx=map(xa,32, -31,-90,90);
int yy=map(ya,32, -31,-90,90);
tft.setTextColor(TFT_BLUE, TFT_WHITE);
tft.drawCentreString("X=",10,10,2);
tft.setTextColor(TFT_BLUE, TFT_WHITE);
tft.drawFloat(abs(xx),1,25,10,2);
tft.setTextColor(TFT_BLUE, TFT_WHITE);
tft.drawCentreString("Y=",10,30,2);
tft.setTextColor(TFT_BLUE, TFT_WHITE);
tft.drawFloat(abs(yy),1,25,30,2);
}
void loop() {
//下面一段是数值变换一下。把数值变换成lcd屏的坐标
xa=FilterX();
FilterValueX =map(xa,32/3, -31/3,0,220) ; //满量程32到-31
ValueX = FilterValueX;
ya=FilterY();
FilterValueY =map(ya,-32/3, 31/3,0,220) ; //满量程32到-31
ValueY = FilterValueY;
if (targetTime <= millis()) {
targetTime = millis() + 15; // Update emter every 35 milliseconds 每35ms刷新一次
//现在要开始画小圈了，先画个白色的，和背景颜色一样。相当于恢复背景颜色
tft.fillCircle(FilterValueXB, FilterValueYB, 10, TFT_WHITE); //画个中间位置的圈
tft.drawCircle(FilterValueXB, 231, 5, TFT_WHITE); //画个水平位置的圈
tft.drawCircle(231, FilterValueYB, 5, TFT_WHITE); //画个垂直位置的圈
FilterValueYB = FilterValueY;//用新的y参数带入y参数，x也是一样原理
FilterValueXB = FilterValueX;
//下面3行是把新的参数带入进去,这回得画带颜色的了
tft.fillCircle(FilterValueXB, FilterValueYB, 10, TFT_GREEN); //画个中间位置的圈
tft.drawCircle(FilterValueXB, 231, 5, TFT_BLACK); //画个水平位置的圈
tft.drawCircle(231, FilterValueYB, 5, TFT_BLACK); //画个垂直位置的圈
drawStaff(); //画框线
drawTxt(); //写入xy的值
}
}
//读取x坐标
int GetX(){
accelemeter.getXYZ(&x,&y,&z); //利用mma获取小珠的xyz变化
return y;
}
//读取y坐标
int GetY(){
accelemeter.getXYZ(&x,&y,&z); //利用mma获取小珠的xyz变化
return x;
}
//算术平均滤波法
#define FILTER_N 30 //不是越大越好，太大会卡
float FilterX() {
int i;
int filter_sum = 0;
for(i = 0; i < FILTER_N; i++) {
filter_sum += GetX();
delay(5);//原版是1
}
return (float)(filter_sum / FILTER_N);
}
float FilterY() {
int i;
int filter_sum = 0;
for(i = 0; i < FILTER_N; i++) {
filter_sum += GetY();
delay(1);
}
return (float)(filter_sum / FILTER_N);
}
三：后记
除了选择用arduino IED开发外，最好还是用tonny开发，硬禾官方也提供了非常好的例程和相关的课程。。。。可是，我对python实在是一窍不通，实在是可惜了那么好的例程。。主要是用那个还能移植小游戏玩。还可以选择使用VSCODE开发。官方为VSCODE写好了一个扩展插件Pico-Go。
我觉得不像我有arduino包袱的完全可以从tonny入手，路要比用arduino宽广的多，也能走的更远。毕竟arduino更像是个玩具。
还有RP2040 game kit的硬件。实际我只是用了非常少的一部分功能，它已经留好了I2C SPI口。5个数字io口和2个adc口。还有红外线发射和接受原件。4个可定义按键和一个xy拨盘，真的能用来做很多东西，没准也可以发展成硬禾的wio terminal。 但是这个硬件还需要进一步打磨。要它的稳定性和一致性再好一些。比如这个姿态传感器，至少我的这个，抖的实在是太厉害了，又比如小行星dx发的游戏机固件，我的game kit刷完了就根本没有任何反应。而我这个硬件应该是好的，毕竟刷官方的演示小程序，小球是可以乱飞的。我怀疑还是我这个体质要差一点的原因。也不排除是我在拧外壳的时候，力量没掌握好，导致电路板上有应力，造成哪里损坏了。
Lucia王雪怡
小yang