基于RP2040开发板的水平仪实验作业

内容介绍

基于RP2040开发板的水平仪

功能设计

1. 屏幕显示以中心为原点的十字坐标, 红色方块显示当前姿态

2. 以数值显示当前X/Y/Z方向坐标

3. 按B键锁定当前姿态, 屏幕显示空心蓝色方块, 之后移动显示实时姿态, 再次按B键清除锁定姿态数据

涉及硬件及所需基本功能

1. 屏幕 ST7789

- 绘制基本图形(圆, 矩形, 空心/实心)

- 绘制文字

2. IMU MMA7660

- 读取三轴X/Y/Z数据

- 6Bit精度, 3个刻度的误差, 需经均值滤波(8val或32阶)

3. 按键

- 获取按键按下状态

- 软件消抖

程序逻辑大概是这样的

一些必要的改进

1. 电子森林提供了一个mpy版的st7789驱动, 相比C版本驱动绘制速度稍慢, 故这里直接使用了包含了预编译C版本的ST7789驱动的uf2文件

2. MMA7660精度较低，只能用作学习演示用途，除了每个维度只有6bit外，就算静置不动，仍有3个刻度的跳动，所以用了均值滤波库，它是汇编实现的，效率很高(单次求均值操作2us)，虽然过长的平均窗口会导致位置更新较慢，但总体效果可以接受

3. 全屏填充纯色后再绘制页面元素，会导致屏幕闪动，而且也没有必要，所以采用了记录上次位置，然后绘制相同大小的背景色图形，然后绘制新的图形

4. 经实验，MMA7660的输出值与角度非线性，故采用了分段系数计算角度

主函数说明

while True:

# 获取当前姿态信息, 由于芯片安装方向与实际观察方向不一致, 坐标在这里调整

curr_y, curr_x, _ = imu.getXYZ()

curr_x += 1 # 偏移一点

curr_y += 0

# 均值滤波

curr_x = avg(arr_x, curr_x, 4)

curr_y = avg(arr_y, curr_y, 4)

# 获取当前按键状态, 获取B键状态, 0=按下, 1=未按下

btn_stat = get_key()

button_b = btn_stat['B']

if button_b == 0 and ticks_diff(ticks_ms(), t) > 300:

if stor_flag == False: # 若之前未存储

stor_x, stor_y = curr_x, curr_y

else: # 之前已存储, 这里覆盖消除

draw_box(lcd, 120 - 2 * stor_x, 120 + 2 * stor_y, 60, st7789.BLACK, thick=1)

# 翻转存储状态, 记录按下时间, 用于消抖

stor_flag = not stor_flag

t = ticks_ms()

# 若比较不同则进行重绘, 绘制顺序: 底图, 存储方块, 活动方块, 数值区, 指示条

if last_x != curr_x or last_y != last_y:

draw_bg(lcd)

draw_legend(lcd)

            draw_number(lcd, calc_degree(curr_x), calc_degree(curr_y), calc_degree(stor_x), calc_degree(stor_y), stor_flag)

draw_box(lcd, 120 - 2 * last_x, 120 + 2 * last_y, 60, st7789.BLACK)

draw_box(lcd, 120 - 2 * curr_x, 120 + 2 * curr_y, 60, st7789.RED, thick=1)

if stor_flag:

draw_box(lcd, 120 - 2 * stor_x, 120 + 2 * stor_y, 60, st7789.BLUE, thick=1)

# 记录本次姿态数据, 下次若不变则不再重绘

last_x, last_y = curr_x, curr_y

time.sleep(0.02)

完整代码见附件，或从gitee下载：eetree-homework-2022: 寒假在家练，硬禾学堂2022活动作业，基于RP2040开发板的水平仪 (gitee.com)