GY-H1是使用MEMS传感器的6轴IMU模块。它可由用户通过图形化上位机配置数据输出形式、数据输出速率、数据输出接口，并对6轴稳态误差进行修正。

GY-H1支持以航向角四元数、加速度与角速度形式输出数据，并通过串口或USB进行配置。GY-H1除TTL电平串口输出数据外，还另外支持通过USB-CDC或CAN(2.0b)输出数据。

GY-H1开放了原理图、加工文件、固件及其源代码、上位机及其源代码。通讯协议及控制命令也进行了详细说明。

• GY-H1
  • 目录
  • 更新记录
  • 开源代码及项目使用
  • 已知问题
  • 基本硬件信息
  • 通讯接口
  • 数据输出
  • 按钮
  • LED
  • 上位机: GY-H1_Assistance_V1.1.exe
• 附录
  • 通讯协议
    • UART与USB数据包：
    • UART与USB控制包：
    • CAN数据包：
  • 用户配置信息存储
  • CRC-8算法
    • CRC-8表:
  • IMU信号链路

2023/08/31

V1.3.0
修改航向角估计算法为拓展卡尔曼滤波，使用韭菜的菜_ 王洪玺开源算法

2023/05/26

V1.2.2
修复了ICM42688配置的一个BUG, 该BUG导致了额外100us的延迟

2023/05/20

V1.2.1
优化了四元数支持函数, 此次更新内容没有被项目使用

2023/05/07

V1.2
修复CAN通讯严重BUG, 此BUG导致了系统崩溃
新增CAN通讯接收协议

2023/04/09

V1.1
首个发行版发布

• V1.3.0(不含)之前版本代码，航向角估计算法使用 MahonyAHRS 互补滤波算法
  https://x-io.co.uk/open-source-imu-and-ahrs-algorithms/

• 自V1.3.0起，航向角估计算法改用来自 韭菜的菜_ 的拓展卡尔曼滤波算法，感谢王工❤
  https://github.com/WangHongxi2001/RoboMaster-C-Board-INS-Example

• 自V1.3.0起，Keil5工程添加来自 nikola 的 Keil5_disp_size_bar_v0.4 工具用于显示单片机资源占用 https://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=119993

• 丝印V1.0版本PCB(PCB相关文件版本V1.1), GH1.25 CAN线序为左H右L, 这与RoboMaster系列开发板不一致

  使用GH1.25-2P-立式代替设计稿中GH1.25-2P-卧式, 可以调整线序为左L右H

• 主传感器使用ICM42688-P，配有避震孤岛结构设计及温度补偿电路。
• 主控制器使用GD32F303CET6，超频至288MHz使用。

288MHz主频下MCU可以稳定工作

• GY-H1支持UART、USB-C CDC串口、CAN三种通讯方式，CAN-ID可调节。

UART波特率864000Bit/s

CAN波特率1MBit/S

USB-C使用CDC串口

USB-C与CAN不支持同时工作

GY-H1支持输出四元数或原始6轴数据。当使用原始6轴数据时，用户还可以向GY-H1请求各轴偏移矫正量，从而对数据进行修正

四元数以单精度浮点输出，1位浮点数被拆分为4 Bytes发送

输出原始6轴数据时，IMU的原始16位有符号整型数据被拆分为2个Bytes发送。此数据的单位是1/LSB

输出6轴偏移矫正量时，矫正量被乘以1000成为16位有符号整型，并被拆分为2个Bytes发送。此数据的单位是1000/LSB
特别的是，加速度计Z轴(Accel-Z)被设计为800/LSB以获得更大的补偿范围

GY-H1 有RST和Key两个按钮。更靠近边缘的是Key按钮。
RST按钮用于复位单片机。
Key按钮可切换输出模式，并在CAN模式下调整CAN-ID。

无按压操作5S后用户设置将被写入内存，GY-H1将自动重启以应用新设置

任何模式下，长按按钮3S进入输出模式设置，短按按钮可切换输出模式。板载LED绿灯常亮表示当前为USB输出，蓝灯常亮表示CAN输出

CAN输出模式下，短按按钮进入ID设置模式，每一次按压后LED会闪烁1次，表示设置ID加1。
如果需要将ID设置为0，则进入ID设置模式后不应当按压按钮
ID最大值为9，按压次数大于9次后ID仍被设置为9

板载LED动态变换色彩指示系统正常运行。CAN通讯模式下，LED灯将通过闪烁次数指示ID。

板载LED闪烁[N]次表示ID为[N-1]
板载LED搭载WS2812芯片，使用SPI控制，控制频率125Hz

上位机V1.1具有设置和校准两大功能。可以帮助用户使用图形菜单完成对 GY-H1 各项参数的配置，并对加速度计和陀螺仪的稳态误差进行校准。

上位机的操作逻辑是直观与易懂的，但有如下事项请注意：

加速度使用六向校准法，建议配合3D打印治具使用

使用完校准或观测功能后请手动修改回必要的数据输出形式与速率

上位机基于 Python-3.11.0 编写

开启USB-C输出下，GY-H1将以指定速率向总线广播四元数或者原始6轴数据。用户还可以使用控制命令，使GY-H1向总线广播一次6轴偏移量校正值

串口通讯波特率为 864000 Bits/s
UART GH1.25接口将始终按照用户设置对外输出数据

6轴偏移量校正值发送时被乘以1000，成为16位有符号整型
矫正数据 = 原始数据 + 偏移量校正值/1000
特别的是，加速度计Z轴偏移量(Accel-Z)被设计为800/LSB以获得更大的补偿范围

输出旋转四元数时，数据包以下面的方式发送 :

输出原始6轴数据时，数据包以下面的方式发送 :

输出偏移量校正值时，数据包以下面的方式发送 :

您可以获取六轴偏移量以对原始数据进行校准

控制包可以对系统输出状态进行设置。控制包共4 Bytes

• 如果您需要通过UART快速发送大量控制命令，建议首先关闭GY-H1对外输出，写入指令完成后再打开，否则有可能导致GY-H1串口输出异常

控制包分为直接控制指令和配置指令，直接控制指令的控制符是0x00，调用直接控制指令将会立即生效

其他控制符的指令是配置指令，调用配置指令前必须进入配置模式，系统才会响应配置信息。退出配置模式后，系统立即重启，配置的设置生效

GY-H1将在收到有效信息时，重复收到的信息作为应答。对外发送一次6轴校正值例外(30 00 03 BF)，收到这条指令后GY-H1将直接回复6轴校正值

以0x30开头的，控制符不在下列的数据包，GY-H1仍会回复，但不会影响系统状态，因此可以用于检测GY-H1是否离线

开启CAN输出下，GY-H1将以指定速率向总线广播四元数或原始6轴数据。数据将通过两个CAN标识符发送，它们分别是 [0x300+(ID<<8)] 以及 [0x301+(ID<<8)]。用户也可以通过CAN总线控制GY-H1基础功能, 对应的CAN标识符是 [0x302+(ID<<8)]。

CAN总线的波特率1MBit/s, DLC=8, 数据帧, 标准标识符长度

CAN模式下，UART GH1.25接口依然按照用户设置对外输出数据

当ID设置0x01时，旋转四元数将按照下面两种CAN数据包发送 :

四元数的ABCD四个单精度浮点数被拆分为16个字节发送

当ID设置0x02时，原始6轴数据将按照下面两种CAN数据包发送 :

原始数据的6个半字整型有符号数被拆分为12个字节发送。CAN包的第7字节数据为0x03，表征CAN传输的是原始6轴数据

当ID设置0x02时，6轴校正值将按照下面两种CAN数据包发送 :

通过CAN发送6轴校正值需要上位机向GY-H1通过CAN请求

原始数据的6个半字整型有符号数被拆分为12个字节发送。CAN包的第7字节数据为0x04，表征CAN传输的是6轴校正值

当ID设置0x03时，通过下面形式的数据包控制GY-H1 :

• Flash地址:0x803F800
• 总长度:20 Bytes

如果单片机中没有存储用户配置，或者配置CRC校核失败，则会重新搭建配置信息

• OTSEL: 选择输出接口，范围 [0x00-0x01]。 0:USB-C 1:CAN。
• ID: CAN总线ID设置，范围 [0x00-0x09]。CAN总线输出使用的两个ID分别为 [0x300+(ID<<8)] 和 [0x301+(ID<<8)]。
• ODR: 对外输出速率设置，范围 [0x00-0x03]。0:1KHz 1:500Hz 2:250Hz 3:125Hz。
• MOD： 对外输出模式设置，范围 [0x00-0x01]。0:四元数 1:原始6轴数据
• GyNH\AcNL: N方向 陀螺仪/加速度计 稳态误差修正值高/低字节。1×int16_t被拆分为2×uint8_t存储。
• CRC32: 多项式0x4C11DB7
• 默认的用户配置信息: 0x00020000U | 0x00000000U | 0x00000000U | 0x00000000U | 0x0AF3CE57U

• Mode: CRC-8/MAXIM
• Polynomial: X8+X5+X4+1(0x31)
• Init: 0x00
• XOROUT: 0x00

/**
  * @brief          计算CRC8
  * @param[in]      ptr: 数据指针
  * @param[in]      len: 校验长度
  * @retval         CRC-8值
  */
uint8_t cal_crc8_table(uint8_t *ptr, uint8_t len)
{
	uint8_t uc_index;
	uint8_t ucCRC8 = 0x00;
    while (len--)
    {
        uc_index = ucCRC8^(*ptr++);
        ucCRC8 = CRC8_table[uc_index];
    }
    return(ucCRC8);
}

const uint8_t CRC8_table[256] =
{
    0x00, 0x5e, 0xbc, 0xe2, 0x61, 0x3f, 0xdd, 0x83, 0xc2, 0x9c, 0x7e, 0x20, 0xa3, 0xfd, 0x1f, 0x41,
    0x9d, 0xc3, 0x21, 0x7f, 0xfc, 0xa2, 0x40, 0x1e, 0x5f, 0x01, 0xe3, 0xbd, 0x3e, 0x60, 0x82, 0xdc,
    0x23, 0x7d, 0x9f, 0xc1, 0x42, 0x1c, 0xfe, 0xa0, 0xe1, 0xbf, 0x5d, 0x03, 0x80, 0xde, 0x3c, 0x62,
    0xbe, 0xe0, 0x02, 0x5c, 0xdf, 0x81, 0x63, 0x3d, 0x7c, 0x22, 0xc0, 0x9e, 0x1d, 0x43, 0xa1, 0xff,
    0x46, 0x18, 0xfa, 0xa4, 0x27, 0x79, 0x9b, 0xc5, 0x84, 0xda, 0x38, 0x66, 0xe5, 0xbb, 0x59, 0x07,
    0xdb, 0x85, 0x67, 0x39, 0xba, 0xe4, 0x06, 0x58, 0x19, 0x47, 0xa5, 0xfb, 0x78, 0x26, 0xc4, 0x9a,
    0x65, 0x3b, 0xd9, 0x87, 0x04, 0x5a, 0xb8, 0xe6, 0xa7, 0xf9, 0x1b, 0x45, 0xc6, 0x98, 0x7a, 0x24,
    0xf8, 0xa6, 0x44, 0x1a, 0x99, 0xc7, 0x25, 0x7b, 0x3a, 0x64, 0x86, 0xd8, 0x5b, 0x05, 0xe7, 0xb9,
    0x8c, 0xd2, 0x30, 0x6e, 0xed, 0xb3, 0x51, 0x0f, 0x4e, 0x10, 0xf2, 0xac, 0x2f, 0x71, 0x93, 0xcd,
    0x11, 0x4f, 0xad, 0xf3, 0x70, 0x2e, 0xcc, 0x92, 0xd3, 0x8d, 0x6f, 0x31, 0xb2, 0xec, 0x0e, 0x50,
    0xaf, 0xf1, 0x13, 0x4d, 0xce, 0x90, 0x72, 0x2c, 0x6d, 0x33, 0xd1, 0x8f, 0x0c, 0x52, 0xb0, 0xee,
    0x32, 0x6c, 0x8e, 0xd0, 0x53, 0x0d, 0xef, 0xb1, 0xf0, 0xae, 0x4c, 0x12, 0x91, 0xcf, 0x2d, 0x73,
    0xca, 0x94, 0x76, 0x28, 0xab, 0xf5, 0x17, 0x49, 0x08, 0x56, 0xb4, 0xea, 0x69, 0x37, 0xd5, 0x8b,
    0x57, 0x09, 0xeb, 0xb5, 0x36, 0x68, 0x8a, 0xd4, 0x95, 0xcb, 0x29, 0x77, 0xf4, 0xaa, 0x48, 0x16,
    0xe9, 0xb7, 0x55, 0x0b, 0x88, 0xd6, 0x34, 0x6a, 0x2b, 0x75, 0x97, 0xc9, 0x4a, 0x14, 0xf6, 0xa8,
    0x74, 0x2a, 0xc8, 0x96, 0x15, 0x4b, 0xa9, 0xf7, 0xb6, 0xe8, 0x0a, 0x54, 0xd7, 0x89, 0x6b, 0x35,
};

经测试，RM机器人板材震动频率在120~150Hz,，陀螺仪和角速度计输出频率被配置为1000Hz，经过片内536Hz抗混叠滤波器后，输入片内111Hz低通滤波器。输出数据传入单片机，减去偏移值后，送入MahonyAHRS算法以1KHz更新四元数。