Microbit基础编程指导输入功能组 [复制链接]

Ｍｉｃｒｏ：ｂｉｔ基础编程指导－输入功能组（方位角姿态识别）1

在方位角姿态识别部分，主要涉及一条功能语句块，就是旋转功能语句块。语句块的作用就是用来描述micro:bit主板在空间中各个方向上的旋转角度，倾斜角度。

在三维空间中，我们通过对物体三个轴向上的描述来说明物体在空间中的状态、姿态信息。沿Z轴方向上的旋转角度变化，可以描述物体在空间中的方位。沿X轴方向上的偏转变化，可以描述物体在水平方向上的旋转变化，也称为横滚角。沿Y轴方向上的偏转变化，可以描述物体在前进方向上的旋转变化，也称为俯仰变化。Z轴角度的识别，是基于磁力计的指南针功能，来获得方位偏转角度数据。X轴、Y轴方向的偏转角度，则是通过micro:bit主板中的加速度传感器来识别，并获得相关数据信息。

加速度传感器用来测定在静止状态下或平稳（匀速）运动状态下，物体在空间中的姿态变化。如果是处于加速运动或变化运动的不稳定状态，则使用加速度测量物体姿态的数据是不准确的。真正识别运动中的物体姿态的传感器，还是应该选择陀螺仪传感器来完成相关任务。

姿态传感器工作原理

姿态传感器是一种用于测量物体姿态的设备，它可以通过测量物体的角度、方向和加速度等参数来确定物体的姿态。姿态传感器的工作原理基于惯性测量单元（IMU）和磁力计等传感器的数据，通过算法处理来计算物体的姿态。

姿态传感器通常由三种轴向传感器组成，包括加速度计、陀螺仪和磁力计。加速度计可以测量物体在三个轴向上的加速度，陀螺仪可以测量物体在三个轴向上的角速度，而磁力计可以测量物体在地球磁场中的方位。这些传感器的采集数据可以通过微处理器进行相关信号的转化与处理，并通过相关的公式运算，计算出物体的姿态信息。

姿态传感器的工作原理可以通过以下步骤来解释。首先，加速度计可以测量物体在三个轴向上的加速度，从而确定物体的倾斜角度。然后，陀螺仪可以测量物体在三个轴向上的角速度，从而确定物体的旋转状态和方向。最后，磁力计可以测量物体在地球磁场中的方向，从而确定物体在空间中的方位。

姿态传感器的应用非常广泛，包括飞行器、机器人、汽车、游戏控制器等。在飞行器中，姿态传感器可以帮助飞行器保持平衡和稳定，从而实现精确的飞行控制。在机器人中，姿态传感器可以帮助机器人识别和定位物体，从而实现自主导航和操作。在汽车中，姿态传感器可以帮助汽车保持平衡和稳定，从而提高行驶安全性。在游戏控制器中，姿态传感器可以帮助玩家实现更加真实的游戏体验。

姿态传感器是一种非常重要的设备，它可以帮助我们测量物体在空间中的姿态，从而实现精确的控制和操作。姿态传感器的工作原理基于惯性测量单元和磁力计等传感器的数据，通过算法处理来计算、识别物体的姿态。

姿态识别的计算机自动化实现过程（工作原理）

姿态识别是一种利用各种传感器技术和计算机算法，将物体的姿态信息转化为数字信号进行处理，以实现对姿态信息的自动识别与解释的技术。其基本原理包括传感器采集、信号处理、特征提取和模式识别四个环节，下面就分别介绍这四个环节的具体原理。

首先是传感器采集。传感器是姿态识别技术中最重要的一环，主要用于采集物体在空间中所处姿态的各种信息，包括位置、速度、加速度、角度、旋转等，以形成姿态信息的数字信号。常用的传感器包括加速度传感器、陀螺仪、磁力计，其中加速度传感器可以检测姿态的加速度和重力加速度，陀螺仪可以检测姿态的旋转角度和方向，磁力计可以检测姿态所处环境的磁场变化。

其次是信号处理。通过对传感器采集到的原始数据进行预处理、滤波、降噪、补偿等操作，可以使原始信号具有更好的质量和稳定性，以便后续的特征提取和模式识别工作。这些技术可以有效地抑制噪声和干扰信号，提高手势识别的准确性和容错性。

接着是特征提取。姿态识别的特征提取是指从原始信号中选取有用的特征参数，以表征物体姿态的关键属性和特征点，从而为后续的模式识别和分类提供基础。常用的特征提取技术包括时域特征、频域特征、小波特征、动态时间规整（DTW）特征等，这些技术可以提取出物体在空间中的姿态信息，包括速度、加速度、频率、幅度、角度等特征信息，为后续的分类和处理提供基础。

最后是模式识别。物体姿态的模式识别是指利用机器学习、人工神经网络、支持向量机等算法，将前面所提到的特征参数进行分类和识别，从而实现对姿态的自动识别和解释。常用的模式识别算法包括k近邻算法、最小二乘法、神经网络、决策树、SVM等，这些算法可以对物体姿态进行分类和识别，从而实现手势识别的自动化和智能化。

总之，姿态识别的基本原理是利用各种传感器技术和计算机算法，将姿态信息转化为数字信号信息进行处理，以实现对物体姿态的自动识别与解释的技术。其成功的关键在于处理好传感器采集的原始数据，并根据实际需求设计合适的信号处理、特征提取和模式识别算法，实现姿态识别的高效、准确和智能化。

旋转语句块

旋转语句块主要用来测量micro:bit主板X轴及Y轴方向上的偏转角度、倾斜角度。以micro:bit主板平放于水平平台上为初始状态，测量其各方向上的位置与初始状态间的夹角。

旋转语句块的数值数据是基于加速度传感器的测量数据，经过换算获得的。

旋转语句块的参数选项共有2个，分别为俯仰角度和横滚角度。俯仰角度测试的是micro:bit沿Y轴方向的偏转角度，即载体行进方向上的角度。横滚角度测试的是micro:bit主板沿X轴方向的偏转角度，即载体左右两翼相对于水平方向上的角度。

旋转语句块是一个常量数值语句块，在程序设计中，作为其它语句块中的常量参数数值共同使用。在代码程序设计中，旋转语句块是一个带有返回值的函数子程序。也就是说旋转语句块函数的返回值就是它的常量数据数值。

旋转语句块的常量数值范围在-°~°之间变化。也就是说旋转虽然是沿着各自的轴线做圆周运动，但是角度的不同数值，也可以体现出micro:bit主板的姿态状态。

在俯仰角度的测试中，沿Y轴方向，仰角在0°~°之间变化，俯角在-°~0°之间变化。在横滚角度的测试中，沿X轴方向，右偏角度在0°~°之间变化，左偏角度在-°~0°之间变化。

横滚角偏转方向及数值

Micro:bit主板中的旋转角度功能测试，是基于加速度传感器数据，而得出的换算结果。所以，它的应用更适用于在载体的静止状态或平稳（匀速）运动状态下进行。例如，水平仪，校平器等电子应用装置，倾斜角测量等稳定性测试装备或仪器等。如果是在不稳定运动的状态下，来完成对载体姿态的识别，还是得使用更专业的设备（陀螺仪）来实现。