MPU6050接Arduino：给机器人装个六轴平衡感

做自平衡小车、双足机器人或者无人机姿态控制，第一个要搞定的传感器基本就是IMU。这两年用的最多、资料最全、板子最便宜的就是MPU6050——一块六轴的小芯片，集成三轴加速度计加三轴陀螺仪，十几块钱就能买到一块带稳压的GY-521模块，接Arduino就四颗线。

这玩意儿说起来简单，但新手第一次接经常踩坑：I2C地址不对、忘了接共地、量程没设、输出出来一堆数字不知道怎么读。这篇把接线、装库、烧代码、看串口输出全串一遍，接线图和示例代码都来自Adafruit官方教程，参数对得上官方库的定义，可以直接抄。

Adafruit MPU6050模块正反两面实物

MPU6050是什么东西

MPU6050是InvenSense（现在被TDK收购了）出的六轴MEMS传感器芯片，里面塞了一个三轴加速度计、一个三轴陀螺仪，还有一个温度传感器。加速度计量三个轴向上的加速度，静止的时候能读出重力方向，从而推算倾斜角；陀螺量三个轴向的角速度，知道转了多快；两者数据做融合就能得到比较稳定的姿态角，也就是自平衡机器人里用来"知道自己倒没倒"的那个核心信号。

模块上自带3.3V稳压器和电平转换，所以VCC可以直接接Arduino的5V，SDA和SCL也能直接连5V逻辑的板子，不用另外做电平转换。I2C默认地址是0x68，AD0引脚接高电平会变成0x69，方便一根总线上挂两个。这几点是官方datasheet和Adafruit的板子说明里都写死的，买板子的时候看一下是不是自带稳压就行，有些裸板是3.3V直连，接5V会烧。

MPU6050接线到Arduino UNO的面包板连线图

接线

接线就四根线，用Adafruit官方的面包板示意图为准：VCC接5V，GND接GND，SCL接Arduino上的SCL（UNO上是A5），SDA接SDA（UNO上是A4）。如果用的是带STEMMA QT/Qwiic接口的Adafruit原版板，一根4Pin的线插到对应的Qwiic扩展板上更省事，不用在面包板上跳线。

有两个容易踩的坑要提前说一下。第一是共地，MPU6050不管是单独供电还是从Arduino取电，GND必须和主控板连到一起，不然I2C通信会乱。第二是I2C上拉电阻，GY-521模块和Adafruit的板子上一般都已经焊了10K的上拉，如果同一根I2C总线上面挂了三四个模块都带上拉，等效电阻会太小，波形变形导致通信失败。这种情况拆掉其中一两个模块上的上拉电阻就行。

装库

直接用Arduino IDE的库管理器装三个库：Adafruit MPU6050、Adafruit Unified Sensor、Adafruit BusIO。三个都装，少一个编译报错。库管理器里搜名字找Adafruit官方版本，作者是Adafruit的那个就行，不要装第三方同名库，API对不上后面跑不通。

装完之后在IDE里能看到 File → Examples → Adafruit MPU6050 → basic_readings 这个示例，这个就是官方验证过的读取示例，我们下面贴的代码就是这个文件的原样搬运——代码这种东西逐字符准确才是最要紧的，按发布规范头文件尖括号改了一下双引号，其他一行不动。

烧代码

把下面这段代码贴到IDE里，选好板子型号和串口，直接上传。注意要把三个include都换成双引号的形式（站点的标签过滤会把尖括号头文件剥掉，换成引号在Arduino里编译是等价的），其他全部原封不动：

// Basic demo for accelerometer readings from Adafruit MPU6050
#include "Adafruit_MPU6050.h"
#include "Adafruit_Sensor.h"
#include "Wire.h"

Adafruit_MPU6050 mpu;

void setup(void) {
  Serial.begin(115200);
  while (!Serial)
    delay(10); // will pause Zero, Leonardo, etc until serial console opens

  Serial.println("Adafruit MPU6050 test!");

  // Try to initialize!
  if (!mpu.begin()) {
    Serial.println("Failed to find MPU6050 chip");
    while (1) {
      delay(10);
    }
  }
  Serial.println("MPU6050 Found!");

  mpu.setAccelerometerRange(MPU6050_RANGE_8_G);
  Serial.print("Accelerometer range set to: ");
  switch (mpu.getAccelerometerRange()) {
  case MPU6050_RANGE_2_G:
    Serial.println("+-2G");
    break;
  case MPU6050_RANGE_4_G:
    Serial.println("+-4G");
    break;
  case MPU6050_RANGE_8_G:
    Serial.println("+-8G");
    break;
  case MPU6050_RANGE_16_G:
    Serial.println("+-16G");
    break;
  }
  mpu.setGyroRange(MPU6050_RANGE_500_DEG);
  Serial.print("Gyro range set to: ");
  switch (mpu.getGyroRange()) {
  case MPU6050_RANGE_250_DEG:
    Serial.println("+- 250 deg/s");
    break;
  case MPU6050_RANGE_500_DEG:
    Serial.println("+- 500 deg/s");
    break;
  case MPU6050_RANGE_1000_DEG:
    Serial.println("+- 1000 deg/s");
    break;
  case MPU6050_RANGE_2000_DEG:
    Serial.println("+- 2000 deg/s");
    break;
  }

  mpu.setFilterBandwidth(MPU6050_BAND_21_HZ);
  Serial.print("Filter bandwidth set to: ");
  switch (mpu.getFilterBandwidth()) {
  case MPU6050_BAND_260_HZ:
    Serial.println("260 Hz");
    break;
  case MPU6050_BAND_184_HZ:
    Serial.println("184 Hz");
    break;
  case MPU6050_BAND_94_HZ:
    Serial.println("94 Hz");
    break;
  case MPU6050_BAND_44_HZ:
    Serial.println("44 Hz");
    break;
  case MPU6050_BAND_21_HZ:
    Serial.println("21 Hz");
    break;
  case MPU6050_BAND_10_HZ:
    Serial.println("10 Hz");
    break;
  case MPU6050_BAND_5_HZ:
    Serial.println("5 Hz");
    break;
  }

  Serial.println("");
  delay(100);
}

void loop() {
  /* Get new sensor events with the readings */
  sensors_event_t a, g, temp;
  mpu.getEvent(&a, &g, &temp);

  /* Print out the values */
  Serial.print("Acceleration X: ");
  Serial.print(a.acceleration.x);
  Serial.print(", Y: ");
  Serial.print(a.acceleration.y);
  Serial.print(", Z: ");
  Serial.print(a.acceleration.z);
  Serial.println(" m/s^2");

  Serial.print("Rotation X: ");
  Serial.print(g.gyro.x);
  Serial.print(", Y: ");
  Serial.print(g.gyro.y);
  Serial.print(", Z: ");
  Serial.print(g.gyro.z);
  Serial.println(" rad/s");

  Serial.print("Temperature: ");
  Serial.print(temp.temperature);
  Serial.println(" degC");

  Serial.println("");
  delay(500);
}

串口监视器输出的加速度角速度温度数据

怎么看串口输出

上传成功之后打开串口监视器，波特率设115200，应该能看到类似上图的输出：每500ms打一行，分别是X/Y/Z三个方向的加速度（单位m/s²）、三个轴的角速度（单位rad/s）、芯片温度。平放静止的时候，Z轴加速度应该在9.8左右（一个重力加速度），X和Y在0附近；把板子翻过来Z会变成-9.8左右，倾斜的时候重力会分到X和Y上。

量程设置解释一下。代码里加速度计量程设成±8G，陀螺仪±500°/s，数字滤波21Hz。机器人姿态控制这个档位比较常用：自平衡小车一般加速度动态范围不会超过8G，500°/s的陀螺量程日常转弯够用，21Hz滤波能滤掉电机震动的高频噪声。做四轴飞控可以把加速度量程开大到±16G，做慢速机械臂可以压到±2G提高分辨率，直接改setAccelerometerRange和setGyroRange的参数就行。

读完之后下一步做什么

读到原始数据只是第一步。做自平衡机器人你至少还要做两件事：一是陀螺仪零偏校准，上电静止的时候采几百个样本平均一下，把零偏减掉，不然角度积分会一直漂；二是加速度和陀螺做互补滤波或者Madgwick/Mahony滤波融合，得到稳定的Pitch/Roll角。Adafruit有SensorLab陀螺仪校准的指南，有兴趣可以顺着看下去，把角度融合那一步接上，接个舵机或者电机就能做平衡控制了。

这一篇把MPU6050在Arduino上跑通，下一篇会接一个舵机做个简单的云台稳定演示，把姿态角真正用起来。