Arduino – Poradnik #8 – Żyroskop/Akcelometr MPU-6050

Cześć dziś zajmiemy się modułem MPU6050, który możemy zakupić TUTAJ.

MPU6050 jest układem łączącym w sobie cyfrowy termometr, 3-osiowy żyroskop oraz 3-osiowy akcelerometr zapewniający szybki oraz stabilny pomiar położenia. MPU komunikuje się z mikrokontrolerem przy użyciu magistrali I2C.

Cechy modułu:

Pobór prądu przez żyroskop: 3.6 mA
Pobór prądu przez akcelerometr: 500 uA
Pobór prądu przez MPU: 250 uA
Komunikacja: Magistrala I²C 400 kHz
Zakres pomiarowy żyroskopu: +/-250, +/-500, +/-1000, +/-2000 stopni/sekundę
Zakres pomiarowy akcelerometru: +/-2 g, +/-4 g. +/- 8 g, +/-16 g
Rozdzielczość: 16 bitowa dla każdej osi każdego czujnika
Szybkość pomiaru żyroskopu: od 4 do 8000 Hz
Szybkość pomiaru akcelerometru: od 4 do 1000 Hz
Szybkość pomiaru MPU: od 5 do 200 Hz
Programowalne wyjście przerwań informujące o poruszeniu urządzenia lub dokonaniu pomiaru

Opis wyjść:

VDD – Zasilanie
GND – Masa zasilania
INT – Wyjście przerwania (typu otwarty dren)
SCL – Wejście sygnału zegarowego magistrali i2c
SDA – Sygnał danych magistrali i2c
AD0 – Wybiera adres układu na magistrali I²C (podłączony do GND adres 0x68 – podłączony do Vcc, adres 0x69)
XCL – Wyjście sygnału zegarowego magistrali i2c do magnetometru
XDA – Sygnał danych magistrali i2c do magnetometru

Ale zanim zaczniemy omówmy trochę teorii.

Jak działa akcelerometr ?

Akcelerometr działa na zasadzie efektu piezoelektrycznego. Aby to dobrze zrozumieć musimy wyobrazić sobie prostopadłościan, oraz kulkę w jego wnętrzu. Jak na zdjęciu poniżej.
Ściany tego prostopadłościanu są wykonane z piezoelektrycznych kryształów. Gdy odchylimy nasz prostopadłościan kula jest zmuszona do przemieszczenia się w w kierunku nachylenia, pod wpływem siły ciężkości. Ściana z jaką kula zderza się ze ścianą prostopadłościanu tworzy prąd elektryczny. Istnieją trzy pary ścianek. Każda para odpowiada osi w przestrzeni 3D: X, Y i Z. W zależności od prądu wyprodukowanego ze ścian, możemy określić kierunek nachylenia oraz jego wychylenie.

Jak działa żyroskop?

Żyroskopy działają na zasadzie efektu Coriolisa . Musimy wyobrazić sobie, że kryształy są w ciągłym ruchu tam i z powrotem. Odbywa się to w miejscu za pomocą piezoelektrycznych kryształów. Za każdym razem ,gdy spróbujemy przechylić ten układ , kryształy doświadczają sił w kierunku nachylenia. Jest to spowodowane wskutek bezwładności ruchomego kryształu. W ten sposób kryształy wytwarzają prąd, a prąd ten jest wzmacniany przez mikrokontroler.

Podłączenie

Jak już wspomniałem MPU-6050 komunikuje się z naszą płytką przy pomocy magistrali I2C. Dzięki czemu możemy podłączyć czujnik za pomocą 4 przewodów.

Programowanie

Pisząc kod do tego czujnika skorzystamy z biblioteki I2Cdev
Dostępna jest ona TUTAJ.

Przejdźmy do pierwszego kodu, który umożliwi odczyt danych z akcelerometru oraz żyroskop.

#include "I2Cdev.h"
#include "MPU6050.h"


#if I2CDEV_IMPLEMENTATION == I2CDEV_ARDUINO_WIRE
    #include "Wire.h"
#endif


MPU6050 accelgyro;


int16_t ax, ay, az;
int16_t gx, gy, gz;

#define OUTPUT_READABLE_ACCELGYRO
#define LED_PIN 13
bool blinkState = false;

void setup() {
    #if I2CDEV_IMPLEMENTATION == I2CDEV_ARDUINO_WIRE
        Wire.begin();
    #elif I2CDEV_IMPLEMENTATION == I2CDEV_BUILTIN_FASTWIRE
        Fastwire::setup(400, true);
    #endif

   
    Serial.begin(38400);

    Serial.println("Initializing I2C devices...");
    accelgyro.initialize();

    Serial.println("Testing device connections...");
    Serial.println(accelgyro.testConnection() ? "MPU6050 connection successful" : "MPU6050 connection failed");

 
    pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
}

void loop() {
    accelgyro.getMotion6(&ax, &ay, &az, &gx, &gy, &gz)

    #ifdef OUTPUT_READABLE_ACCELGYRO
        Serial.print("a/g:\t");
        Serial.print(ax); Serial.print("\t");
        Serial.print(ay); Serial.print("\t");
        Serial.print(az); Serial.print("\t");
        Serial.print(gx); Serial.print("\t");
        Serial.print(gy); Serial.print("\t");
        Serial.println(gz);
    #endif

    #ifdef OUTPUT_BINARY_ACCELGYRO
        Serial.write((uint8_t)(ax >> 8)); Serial.write((uint8_t)(ax & 0xFF));
        Serial.write((uint8_t)(ay >> 8)); Serial.write((uint8_t)(ay & 0xFF));
        Serial.write((uint8_t)(az >> 8)); Serial.write((uint8_t)(az & 0xFF));
        Serial.write((uint8_t)(gx >> 8)); Serial.write((uint8_t)(gx & 0xFF));
        Serial.write((uint8_t)(gy >> 8)); Serial.write((uint8_t)(gy & 0xFF));
        Serial.write((uint8_t)(gz >> 8)); Serial.write((uint8_t)(gz & 0xFF));
    #endif
    blinkState = !blinkState;
    digitalWrite(LED_PIN, blinkState);
}

#include "I2Cdev.h"

#include "MPU6050.h"

#if I2CDEV_IMPLEMENTATION == I2CDEV_ARDUINO_WIRE

#include "Wire.h"

#endif

MPU6050 accelgyro;

int16_t ax, ay, az;

int16_t gx, gy, gz;

#define OUTPUT_READABLE_ACCELGYRO

#define LED_PIN 13

bool blinkState = false;

void setup() {

#if I2CDEV_IMPLEMENTATION == I2CDEV_ARDUINO_WIRE

Wire.begin();

#elif I2CDEV_IMPLEMENTATION == I2CDEV_BUILTIN_FASTWIRE

Fastwire::setup(400, true);

#endif

Serial.begin(38400);

Serial.println("Initializing I2C devices...");

accelgyro.initialize();

Serial.println("Testing device connections...");

Serial.println(accelgyro.testConnection() ? "MPU6050 connection successful" : "MPU6050 connection failed");

pinMode(LED_PIN, OUTPUT);

}

void loop() {

accelgyro.getMotion6(&ax, &ay, &az, &gx, &gy, &gz)

#ifdef OUTPUT_READABLE_ACCELGYRO

Serial.print("a/g:\t");

Serial.print(ax); Serial.print("\t");

Serial.print(ay); Serial.print("\t");

Serial.print(az); Serial.print("\t");

Serial.print(gx); Serial.print("\t");

Serial.print(gy); Serial.print("\t");

Serial.println(gz);

#endif

#ifdef OUTPUT_BINARY_ACCELGYRO

Serial.write((uint8_t)(ax >> 8)); Serial.write((uint8_t)(ax & 0xFF));

Serial.write((uint8_t)(ay >> 8)); Serial.write((uint8_t)(ay & 0xFF));

Serial.write((uint8_t)(az >> 8)); Serial.write((uint8_t)(az & 0xFF));

Serial.write((uint8_t)(gx >> 8)); Serial.write((uint8_t)(gx & 0xFF));

Serial.write((uint8_t)(gy >> 8)); Serial.write((uint8_t)(gy & 0xFF));

Serial.write((uint8_t)(gz >> 8)); Serial.write((uint8_t)(gz & 0xFF));

#endif

blinkState = !blinkState;

digitalWrite(LED_PIN, blinkState);

}

Dzięki czujnikowi możemy wykrywać ruch

#include "Wire.h"
#include "SPI.h"
#include "I2Cdev.h"
#include "MPU60X0.h"
MPU60X0 accelgyro;

int16_t ax, ay, az;
int16_t gx, gy, gz;
int8_t threshold, count; 
float temp;
bool zero_detect; 
bool TurnOnZI = false;

bool XnegMD, XposMD, YnegMD, YposMD, ZnegMD, ZposMD;

#define LED_PIN 13
bool blinkState = false;

void setup() {
  
    Wire.begin();
    Serial.begin(38400);
    accelgyro.initialize();
    accelgyro.setAccelerometerPowerOnDelay(3);
    accelgyro.setIntZeroMotionEnabled(TurnOnZI);
    accelgyro.setDHPFMode(1);
    accelgyro.setMotionDetectionThreshold(2);
    accelgyro.setZeroMotionDetectionThreshold(2);
    accelgyro.setMotionDetectionDuration(40);
    accelgyro.setZeroMotionDetectionDuration(1);  
  

    pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
}

void loop() {
    accelgyro.getMotion6(&ax, &ay, &az, &gx, &gy, &gz);
      
    XnegMD = accelgyro.getXNegMotionDetected();
    XposMD = accelgyro.getXPosMotionDetected();
    YnegMD = accelgyro.getYNegMotionDetected();
    YposMD = accelgyro.getYPosMotionDetected();
    ZnegMD = accelgyro.getZNegMotionDetected();
    ZposMD = accelgyro.getZPosMotionDetected();
  
    zero_detect = accelgyro.getIntMotionStatus();
    threshold = accelgyro.getZeroMotionDetectionThreshold(); 
    temp=(accelgyro.getTemperature()/340.)+36.53;

    Serial.print(temp);Serial.print(",");
    Serial.print(ax/16384.); Serial.print(",");
    Serial.print(ay/16384.); Serial.print(",");
    Serial.print(az/16384.); Serial.print(",");
    Serial.print(gx/131.072); Serial.print(",");
    Serial.print(gy/131.072); Serial.print(",");
    Serial.print(gz/131.072); Serial.print(",");
    Serial.print(zero_detect); Serial.print(",");
    Serial.print(XnegMD); Serial.print(",");
    Serial.println(XposMD);
  
  
  
    delay(80);
 
    blinkState = !blinkState;
    digitalWrite(LED_PIN, blinkState);
}

#include "Wire.h"

#include "SPI.h"

#include "I2Cdev.h"

#include "MPU60X0.h"

MPU60X0 accelgyro;

int16_t ax, ay, az;

int16_t gx, gy, gz;

int8_t threshold, count;

float temp;

bool zero_detect;

bool TurnOnZI = false;

bool XnegMD, XposMD, YnegMD, YposMD, ZnegMD, ZposMD;

#define LED_PIN 13

bool blinkState = false;

void setup() {

Wire.begin();

Serial.begin(38400);

accelgyro.initialize();

accelgyro.setAccelerometerPowerOnDelay(3);

accelgyro.setIntZeroMotionEnabled(TurnOnZI);

accelgyro.setDHPFMode(1);

accelgyro.setMotionDetectionThreshold(2);

accelgyro.setZeroMotionDetectionThreshold(2);

accelgyro.setMotionDetectionDuration(40);

accelgyro.setZeroMotionDetectionDuration(1);

pinMode(LED_PIN, OUTPUT);

}

void loop() {

accelgyro.getMotion6(&ax, &ay, &az, &gx, &gy, &gz);

XnegMD = accelgyro.getXNegMotionDetected();

XposMD = accelgyro.getXPosMotionDetected();

YnegMD = accelgyro.getYNegMotionDetected();

YposMD = accelgyro.getYPosMotionDetected();

ZnegMD = accelgyro.getZNegMotionDetected();

ZposMD = accelgyro.getZPosMotionDetected();

zero_detect = accelgyro.getIntMotionStatus();

threshold = accelgyro.getZeroMotionDetectionThreshold();

temp=(accelgyro.getTemperature()/340.)+36.53;

Serial.print(temp);Serial.print(",");

Serial.print(ax/16384.); Serial.print(",");

Serial.print(ay/16384.); Serial.print(",");

Serial.print(az/16384.); Serial.print(",");

Serial.print(gx/131.072); Serial.print(",");

Serial.print(gy/131.072); Serial.print(",");

Serial.print(gz/131.072); Serial.print(",");

Serial.print(zero_detect); Serial.print(",");

Serial.print(XnegMD); Serial.print(",");

Serial.println(XposMD);

delay(80);

blinkState = !blinkState;

digitalWrite(LED_PIN, blinkState);

}

Jest to dość niestabilny sposób, jednak działa jak powinien 🙂
Moduł ten możemy wykorzystać do wielu ciekawych projektów. Na przykład taki jak robot balansujący.

[su_youtube url=”https://www.youtube.com/watch?v=e336GLYCWEM”]

W kolejnych częściach poradnika dowiemy się jak graficznie przedstawić dane z czujnika.

Poradnik powstaje dzięki współpracy ze sklepem internetowym XBot.pl – roboty to lubią

[su_button url=”https://roboblog.eu/2016/03/12/nrf24l01/” size=”7″]Poprzednia część kursu[/su_button]