在Arduino上使用SPI记录IMU原始数据时的随机尖峰

Question

我需要对LSM9DS1 IMU的噪声特性进行描述。为此，我需要在静态条件下长时间(大约10小时)从传感器获取原始数据。我准备了一个由Arduino Uno和IMU通过SPI协议连接而成的日志系统。该系统工作得足够好，但是，即使IMU处于静态状态，我也会在加速计和陀螺仪上获得随机尖峰。这些峰值似乎总是在平均值的+/- 250左右。下图显示了加速度计X轴上的这些尖峰。

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IMU设置为以50 Hz的频率提供数据，我也以相同的频率读取数据。以下是基于Sparkfun提供的LSM9DS1库的Arduino代码：

#include <Wire.h>
#include <SPI.h>
#include <SparkFunLSM9DS1.h>

LSM9DS1 imu;

#define LSM9DS1_M_CS    10 // Can be any digital pin
#define LSM9DS1_AG_CS   9  // Can be any other digital pin

void setup() 
{
  Serial.begin(115200);

  imu.settings.device.commInterface = IMU_MODE_SPI;
  imu.settings.device.mAddress = LSM9DS1_M_CS;
  imu.settings.device.agAddress = LSM9DS1_AG_CS;

  if (!imu.begin())
  {
    Serial.println("Failed to communicate with LSM9DS1.");
    while (1);
  }


  imu.enableFIFO(false);
  imu.setFIFO(FIFO_OFF,0x00);
}

void loop()
{
  Serial.print(micros());
  Serial.print(" ");
  printAccel();
  printGyro(); 

  delay(20);

}

void printGyro()
{
  imu.readGyro();
  Serial.print(imu.gx);
  Serial.print(" ");
  Serial.print(imu.gy);
  Serial.print(" ");
  Serial.println(imu.gz);
}

void printAccel()
{
  imu.readAccel();
  Serial.print(imu.ax);
  Serial.print(" ");
  Serial.print(imu.ay);
  Serial.print(" ");
  Serial.print(imu.az);
  Serial.print(" ");
}

Answer 1

“尖峰”似乎是非常低的能量，可能是一个错误的读数。你当然可以尝试找出到底是什么导致了它们(可能是像你所知道的某个人关上门一样)，但我认为这更多的是一个硬件调试问题。

我认为最终你会想要过滤掉所有的噪音。你需要的数字滤波器有多复杂取决于你的“测量”相对于测量中的随机噪声有多快。

下面是最简单的过滤器之一，其中filterValue是“运行”值，senseValue是当前原始测量值，scaleFactor是一个小于1的数字(例如0.1或0.01 )。数字越小，它将过滤的越多，但你也会看到更多的“滞后”。

filterValue = filterValue + scaleFactor * (senseValue - filterValue);

我认为，一旦你合理地过滤了数据，这些“尖峰”就会消失。

既然你已经存储了数据，你就可以通过过滤器来运行它，看看它是什么样子。