【花雕学编程】Arduino动手做（233）---ADXL345的俯仰滚动角

ESP32-S3 UNO 开发板是基于 ESP32-S3-WROOM-1-N16R8 微控制器的扩展板，基于 Arduino 开发板架构。凭借 2.4GHz Wi-Fi 和集成蓝牙 5.0 等高级功能，它为开发各种项目提供了一个强大的平台。ESP32-S3 UNO 配备 16MB 闪存和 8MB RAM，特别适用于物联网 （IoT）、机器人和其他工程项目的复杂应用。该开发板支持 Python 和 C 等流行的编程语言，可以在 Arduino IDE 开发环境中轻松编程和使用。该板的高级功能，包括对多种通信协议的支持和高处理能力，使其成为专业工程师和开发人员的理想工具。

ADXL345是一款由Analog Devices公司推出的三轴数字加速度计，具有高分辨率和低功耗的特点，非常适合移动设备和其他需要精确加速度测量的应用。以下是对ADXL345三轴模块的详细介绍：

1、主要特点
高分辨率：ADXL345能够提供高达13位的分辨率，能够测量高达±16g的加速度1。
低功耗：在测量模式下，功耗低至23 μA，在待机模式下功耗仅为0.1 μA1。
多种测量范围：用户可以选择±2g、±4g、±8g或±16g的测量范围，适应不同的应用需求1。
数字接口：支持SPI（3线或4线）和I2C数字接口，方便与各种微控制器进行通信1。
内置功能：具有活动/非活动检测、单击/双击检测、自由落体检测等多种功能，可以独立映射到两个中断输出引脚1。

2、应用场景
移动设备：用于检测设备的倾斜、运动和冲击。
医疗仪器：用于监测患者的运动状态。
游戏和定点设备：用于检测用户的动作和姿态。
工业仪器仪表：用于监测机器的振动和运动状态。
个人导航设备：用于检测设备的方向和运动。

3、引脚功能
ADXL345模块通常有以下引脚：
VCC：电源引脚，连接到2.0V至3.6V的电源。
GND：地引脚。
SDA/SDI/SDIO：数据输入/输出引脚，用于I2C或SPI通信。
SCL/SCLK：时钟引脚，用于I2C或SPI通信。
CS：片选引脚，用于SPI通信。
INT1/INT2：中断引脚，用于输出检测到的事件。

4、使用步骤
连接电源和地：将VCC引脚连接到电源，GND引脚连接到地。
选择通信接口：根据需要选择I2C或SPI接口，并连接相应的引脚。
初始化传感器：在代码中初始化ADXL345传感器，设置测量范围和其他参数。
读取数据：通过I2C或SPI接口读取加速度数据，并进行处理。
ADXL345是一款功能强大且易于使用的三轴加速度计，适用于各种需要精确加速度测量的应用。

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）
  实验二百三十三：ESP32-S3 UNO开发板 双核16M+8M+Wi-Fi+蓝牙5.0+45个GPIO
  {花雕动手做}项目之六：ESP32-S3 UNO（N16R8）驱动ADXL345动态检测俯仰角和滚动角的变化

知识点
1、俯仰角（Pitch）
俯仰角是物体绕其横轴（左右方向的轴）旋转的角度。以下是几个例子：

飞机：当飞机起飞时，机头向上抬起，这时俯仰角为正。如果飞机降落时机头向下，则俯仰角为负。
汽车：在陡坡上行驶时，汽车前端抬起，俯仰角为正；下坡时，汽车前端向下，俯仰角为负。
自平衡小车：当小车前倾时，俯仰角为正；后倾时，俯仰角为负。自平衡小车通过调整俯仰角来保持平衡。

滚动角（Roll）
滚动角是物体绕其纵轴（前后方向的轴）旋转的角度。以下是几个例子：
飞机：当飞机做滚转动作时，左翼或右翼向上抬起，这时滚动角发生变化。左翼向上时，滚动角为正；右翼向上时，滚动角为负。
船只：在波浪中航行时，船只左右摇摆，这时滚动角不断变化。船只左倾时，滚动角为正；右倾时，滚动角为负。
无人机：无人机在飞行中左右倾斜以改变飞行方向时，滚动角发生变化。无人机左倾时，滚动角为正；右倾时，滚动角为负。




为了更直观地理解，可以想象以下情景：
俯仰角：想象你站在一个跷跷板的中间，当跷跷板的前端抬起时，你的俯仰角为正；当跷跷板的前端向下时，你的俯仰角为负。
滚动角：想象你站在一个旋转的圆筒中，当圆筒向左或向右倾斜时，你的滚动角发生变化。向左倾斜时，滚动角为正；向右倾斜时，滚动角为负。

实验开源代码

/*
  【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）
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*/

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_Sensor.h>
#include <Adafruit_ADXL345_U.h>

// 创建ADXL345对象
Adafruit_ADXL345_Unified accel = Adafruit_ADXL345_Unified(12345);

void setup() {
  // 初始化串口通信，波特率为115200
  Serial.begin(115200);
  Serial.println(" ");
  Serial.println("ESP32-S3 UNO（N16R8）准备就绪");

  // 初始化I2C总线，设置SDA为GPIO4，SCL为GPIO5
  Wire.begin(4, 5);

  // 初始化ADXL345传感器
  if (!accel.begin()) {
    // 如果传感器初始化失败，打印错误信息并停止程序
    Serial.println("无法找到ADXL345传感器");
    while (1);
  }
  Serial.println("ADXL345传感器初始化成功");

  // 设置传感器的测量范围为±16g
  accel.setRange(ADXL345_RANGE_16_G);
}

void loop() {
  // 创建一个事件对象，用于存储传感器数据
  sensors_event_t event;

  // 读取传感器数据并存储到事件对象中
  accel.getEvent(&event);

  // 计算俯仰角（Pitch），使用atan2函数计算Y轴与X轴加速度的比值，并转换为角度
  float pitch = atan2(event.acceleration.y, event.acceleration.x) * 180.0 / PI;

  // 计算滚动角（Roll），使用atan2函数计算X轴与Y轴加速度的比值，并转换为角度
  float roll = atan2(event.acceleration.x, event.acceleration.y) * 180.0 / PI;

  // 打印计算得到的俯仰角和滚动角
  Serial.print("俯仰角= "); Serial.print(pitch); Serial.print(" 度   ");
  Serial.print("滚动角= "); Serial.print(roll); Serial.println(" 度");

  // 延时500毫秒，控制数据输出频率
  delay(1000);
}
复制代码

代码解读
1、传感器初始化：代码中首先初始化了ADXL345传感器，并设置了I2C总线的SDA和SCL引脚。这一步确保传感器能够正常工作。
2、数据读取：通过getEvent函数读取传感器的X、Y、Z轴加速度数据，这是计算俯仰角和滚动角的基础。
3、俯仰角计算：使用atan2函数计算俯仰角，公式为atan2(x, z)，结果转换为角度。这里涉及X轴和Z轴的加速度数据。
4、滚动角计算：同样使用atan2函数计算滚动角，公式为atan2(y, z)，结果转换为角度。这里涉及Y轴和Z轴的加速度数据。
5、数据输出：将计算得到的俯仰角和滚动角通过串口输出，便于观察和调试。延时100毫秒控制数据输出频率，避免过多数据输出导致串口缓冲区溢出。

通过这些步骤，你可以实时监测ADXL345传感器的俯仰角和滚动角。

实验串口返回情况

实验串口绘图器返回情况

实验场景图  动态图

实验场景图

ESP32-S3 UNO 开发板是基于 ESP32-S3-WROOM-1-N16R8 微控制器的扩展板，基于 Arduino 开发板架构。凭借 2.4GHz Wi-Fi 和集成蓝牙 5.0 等高级功能，它为开发各种项目提供了一个强大的平台。ESP32-S3 UNO 配备 16MB 闪存和 8MB RAM，特别适用于物联网 （IoT）、机器人和其他工程项目的复杂应用。该开发板支持 Python 和 C 等流行的编程语言，可以在 Arduino IDE 开发环境中轻松编程和使用。该板的高级功能，包括对多种通信协议的支持和高处理能力，使其成为专业工程师和开发人员的理想工具。

实验记录视频