【Arduino】BNO085 姿态的 3D模型展示方法（映射到 Unity）

news2024/9/30 3:34:48

总览

1.arduino 代码和库等…
2.Unity 的部分，创建一个 3D 工程，然后创建一个 cube，绑定一个脚本文件
3.效果预览：

一、Arduino 部分

1.使用的硬件

· 单片机：使用了 ESP32S3，当然了，我没拿我的 atmega328P 去试，应该也可以。
· 使用的通讯方式：I2C

· 引脚连接方式：
ESP32S3 ----- ----- BNO085
3V3 ----- ----- VCC
GND ----- ----- GND
19 ----- ----- SDA
18 ----- ----- SCL
6 ----- ----- INT（看情况使用，我没使用）

2.软件部分

在使用此代码前，请搜索安装这个库：

在这里插入图片描述

代码片：

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_Sensor.h>
#include <Adafruit_BNO08x.h>

#define BNO08X_INT_PIN 6  // 使用 GPIO 6 作为中断引脚
#define I2C_SCL_PIN 18
#define I2C_SDA_PIN 19

Adafruit_BNO08x bno;

void setup() {
  Serial.begin(115200);  // 设置串口波特率

  // 初始化 I2C 接口并指定引脚
  Wire.begin(I2C_SDA_PIN, I2C_SCL_PIN);

  // 使用 I2C 地址 0x4B 初始化 BNO085
  if (!bno.begin_I2C(0x4B)) {
    Serial.println("BNO085 I2C 初始化失败！");
    while (1);
  }
  Serial.println("BNO085 已经初始化");

  // 启用需要的传感器报告
  if (!bno.enableReport(SH2_GAME_ROTATION_VECTOR, 2500)) {
    Serial.println("无法启用旋转向量报告");
  }
}

void loop() {
  if (digitalRead(BNO08X_INT_PIN) == LOW) {
    sh2_SensorValue_t sensorValue;

    // 读取传感器数据
    if (bno.getSensorEvent(&sensorValue)) {
      if (sensorValue.sensorId == SH2_GAME_ROTATION_VECTOR) {
        // 获取旋转向量数据
        float rotationX = sensorValue.un.gameRotationVector.i;
        float rotationY = sensorValue.un.gameRotationVector.j;
        float rotationZ = sensorValue.un.gameRotationVector.k;

        // 通过串口发送数据到 Unity，格式为：ROTATION:X,Y,Z
        Serial.print("ROTATION:");
        Serial.print(rotationX); Serial.print(",");
        Serial.print(rotationY); Serial.print(",");
        Serial.print(rotationZ); Serial.println();
      }
    }
    
    delay(5);  // 添加延迟，越小精度越高且延迟越小，但负载也随之增加，个人建议 5 - 15 ms
  }
}

二、Unity 部分的操作

1.创建一个 3D 工程

你需要下载安装好 Unity，然后打开 Unity HUB 创建一个 3D 工程。

在这里插入图片描述

2.创建一个立方体

创建流程：左上角 GameObject >> 3D Object >> Cube

在这里插入图片描述

3.设置立方体位置 && 摄像机位置

你也可以不按照我的来，只是后面的参数你也要自己进行校准了。

· 立方体

在这里插入图片描述

· 摄像机

在这里插入图片描述

4.创建脚本文件

这是一个用于接收串口数据的脚本文件。
它的功能是接收单片机的串口数据，并且将弧度数据转为角度，映射在 cube 立方体上，实现姿态传感器可视化。

文件名：SerialReader.cs

在这里插入图片描述
编辑脚本文件代码（一般来说，我们使用 visual studio 打开它）：

在这里插入图片描述

代码片：

using System;
using System.IO.Ports;
using UnityEngine;

public class SerialReader : MonoBehaviour
{
    SerialPort serial = new SerialPort("COM3", 115200);  // 请确认COM端口
    public GameObject sensorObject;  // 3D模型对象

    // 放大比
    // 规则说明：越大，立方体就越容易转动，越小就越不容易转动。
    // 需要手动调节精度以配合 BNO085 的真实动作。
    public float rotationMultiplier = 2.2f;

    // 平滑过渡因子
    // 规则说明：调节区间为( 0.0 ,1.0 ]
    // 越大，平滑效果就越差，但是延迟越低；越小，平滑效果越好，但是延迟增高。
    // 个人建议 0.5，如果觉得卡顿就 0.2，如果想要延迟更低就0.7
    public float smoothingFactor = 0.5f;     

    private Quaternion targetRotation;       // 目标旋转角度

    void Start()
    {
        Debug.Log("SerialReader script started!");

        try
        {
            serial.Open();
            serial.ReadTimeout = 100;
            Debug.Log("UART has opened!");

            // 初始化目标旋转
            targetRotation = sensorObject.transform.rotation;
        }
        catch (Exception e)
        {
            Debug.LogError("Error, can't open UART: " + e.Message);
        }
    }

    void Update()
    {
        if (serial.IsOpen)
        {
            try
            {
                string data = serial.ReadLine();
                Debug.Log("Received data: " + data);
                if (data.StartsWith("ROTATION:"))
                {
                    string[] values = data.Substring(9).Split(',');

                    // 反转 X 轴，并交换 Y 轴和 Z 轴
                    float rotX = -Mathf.Rad2Deg * float.Parse(values[0]) * rotationMultiplier;  // 反转X轴
                    float rotY = -Mathf.Rad2Deg * float.Parse(values[2]) * rotationMultiplier;   // 将Z轴数据用作Y轴
                    float rotZ = -Mathf.Rad2Deg * float.Parse(values[1]) * rotationMultiplier;   // 将Y轴数据用作Z轴

                    // 计算目标旋转
                    targetRotation = Quaternion.Euler(rotX, rotY, rotZ);
                }
            }
            catch (TimeoutException)
            {
            }
        }

        // 使用 Slerp 平滑过渡到目标旋转
        sensorObject.transform.rotation = Quaternion.Slerp(sensorObject.transform.rotation, targetRotation, smoothingFactor);
    }

    void OnApplicationQuit()
    {
        if (serial.IsOpen)
        {
            serial.Close();
        }
    }
}