Подключаем гироскоп-акселерометр (MPU-6050) к плате Arduino

Технический рынок наполнен тысячами модулями датчиков, которые стоят недорого и используются в проектном конструировании. Перед этим модули связывают с программируемым микроконтроллером. Акселерометр – инструмент, использующийся для расчета разности между настоящим и гравитационным ускорением предмета. Датчик состоит из платы со встроенной микросхемой.

Прибор применяют везде. Статья ниже – вспомогательная инструкция по подключению акселерометра к Ардуино.

Шаг 1. Компоненты для подключения акселерометра к Arduino

Для проекта понадобятся несколько компонентов:

Микроконтроллер Arduino UNO R3

МК создан с использованием материалов контроллера ATmega328:

1. цифровые входы и выходы в количестве 14 штук, причем половина приходится на ШИМ-выходы;
2. аналогичные входы, количество – 6 штук;
3. резонатор на основе кварца, мощностью 16 МГц;
4. встроен usb-вход;
5. контакт для подключения питания;
6. на МК располагается кнопка, с помощью которой возможен сброс данных и кода;
7. контакт для программирования данных, находящихся внутри схемы, именуемый ICSP.

Старт работы начинается с подачи электрического питания в плату. Пользователь подключает к плате со схемой блок питания или зарядное устройство. Также процедура осуществляется с помощью usb-кабеля, который подключен к компьютеру и микроконтроллеру. Для разработки программы понадобится бесплатная среда программирования – Arduino IDE.

Пользователь создает в бесплатной среде код, затем его компилирует и загружает проработанную программу в пространство памяти в Ардуино. Язык, на котором программируется код, Wiring максимально приближен к популярному среди программистов языку – C++. Кроме того МК поддерживает версии для осей Виндовс, Мак ОС и Линукс.

Модуль датчика для гироскопа акселерометра на Аrduino с 3 осями – GY-521 (MPU-6050)

В основе компонента лежит микросхема MPU-6050. В комплект входят 2 предмета – гироскоп и акселерометр. Данные устройства перед конструированием обрабатываются и затем переносятся прямиком в микроконтроллер через интерфейс

Модуль датчика помогает определять место и перемещение инструмента в пространстве. Измеряются дифферент и углы крена посредством вектора силы тяжести и скорости в процессе вращения. Также включена функция измерения температурного режима. Перемещение определяется линейным ускорением и угловой скоростью. Полная картина рисуется по 3 осям.

Компонент нередко сравнивают с человеческим вестибулярным аппаратом, который помогает людям чувствовать силу тяготения и удерживать равновесие.

Макетная плата, предназначенная для прототипирования

Отладка – неотъемлемая часть построения электронных схем. Макетная плата незаменима для конструкции электронной аппаратуры. Ранее в изобретательстве использовали традиционные макетные платы, но сейчас широко распространены макетные платы, которые удобны тем, что не требуют дополнительных спаек.

Таким образом, процесс сборки и отладки электронной схемы в разы ускоряется: не приходится часто использовать паяльник, чтобы поменять сломанные радиодетали.

Материал для изготовления беспаечных макетных плат – пластик. Кроме того, все контакты надежно скреплены к плате, поэтому частые переключения не испортят элемент.

Соединительные провода папа-папа

Обычные провода папа-папа нам подойдут, еще их называют провода-перемычки. Такие стоят недорого и продаются везде, на любом рынке или в любом онлайн-магазине для радиолюбителей.

Шаг 2. Схема подключения акселерометра к микроконтроллеру Arduino

Порядок и схема подключения довольно просты:

1. Присоединяем модуль датчика к микроконтроллеру.
2. На МК Ардуино загружаем проработанный код, представленный в разделе ниже.
3. Открываем среду разработки Arduino IDE и мониторим последовательный порт.
4. Сверяем выводимые данные акселерометра и гироскопа.
5. Во время поворота датчика сведения не производят изменений.

Гироскоп – инструмент, который позволяет измерить реакцию тела на перемещение углов и вообще ориентации. Акселерометр же служит измерителем проекции ускорения, которое только кажется.

Шаг 3. Программируем Arduino для обработки информации, полученной с акселерометра

Алгоритм написания программы в последовательности:

// Подключаем необходимые для работы библиотек
#include "MPU6050.h";
#include "I2Cdev.h";
#include "Wire.h";

// Создаем объект, символизирующий модуль датчика
MPU6050 axeler;

// Создаем объект библиотеки Wire
Wire b;

// Создаем объект, который символизирует контакт I2C
I2Cdev h;

// Вводим цифровые данные, отвечающие за точки в 3-х осях
int16_t axx, axy, axz;
int16_t gix, giy, giz;

// Объявляем метод, который будет запускать программу
void setup()

{
// Начинаем работу
Wire.begin();
h.begin(38400);

// Производим инициализацию, отчет выводится после компиляции
h.println("Initializing I2C devices...");
axeler.initialize();
delay(100);
}

// Считываем значения гироскопа и акселерометра с помощью адресов, которые принадлежат описанным выше переменным
void loop()
{
axeler.getMotion6(&axx, &axy, &axz, &gix, &giy, &giz);

// Выводим получившиеся значения на экран
h.print("a/g:\t");
h.print(axx); 
h.print("\t");
h.print(axy);
hl.print("\t");
hl.print(axz); 
h.print("\t");
h.print(gix); 
h.print("\t");
h.print(giy); 
h.print("\t");
h.println(giz);
}

Вуаля! Акселерометр Аrduino запрограммирован.

В принципе, для разнообразия можно написать еще один скетч (ниже), но тогда нам нужна будет еще одна библиотека - Kalman (Gy-521, mpu6050), которая преобразует показания координат X и Y.

#include <Wire.h>
#include "Kalman.h"
Kalman kalmanX;
Kalman kalmanY;
uint8_t IMUAddress = 0x68;
/* IMU Data */
int16_t accX;
int16_t accY;
int16_t accZ;
int16_t tempRaw;
int16_t gyroX;
int16_t gyroY;
int16_t gyroZ;
double accXangle; // Angle calculate using the accelerometer
double accYangle;
double temp;
double gyroXangle = 180; // Angle calculate using the gyro
double gyroYangle = 180;
double compAngleX = 180; // Calculate the angle using a Kalman filter
double compAngleY = 180;
double kalAngleX; // Calculate the angle using a Kalman filter
double kalAngleY;
uint32_t timer;
void setup() {
  Wire.begin();
  Serial.begin(9600);
  i2cWrite(0x6B,0x00); // Disable sleep mode      
  kalmanX.setAngle(180); // Set starting angle
  kalmanY.setAngle(180);
  timer = micros();
}
void loop() {
  /* Update all the values */
  uint8_t* data = i2cRead(0x3B,14);
  accX = ((data[0] << 8) | data[1]);
  accY = ((data[2] << 8) | data[3]);
  accZ = ((data[4] << 8) | data[5]);
  tempRaw = ((data[6] << 8) | data[7]);
  gyroX = ((data[8] << 8) | data[9]);
  gyroY = ((data[10] << 8) | data[11]);
  gyroZ = ((data[12] << 8) | data[13]);
  /* Calculate the angls based on the different sensors and algorithm */
  accYangle = (atan2(accX,accZ)+PI)*RAD_TO_DEG;
  accXangle = (atan2(accY,accZ)+PI)*RAD_TO_DEG;  
  double gyroXrate = (double)gyroX/131.0;
  double gyroYrate = -((double)gyroY/131.0);
  gyroXangle += kalmanX.getRate()*((double)(micros()-timer)/1000000); // Calculate gyro angle using the unbiased rate
  gyroYangle += kalmanY.getRate()*((double)(micros()-timer)/1000000);
  kalAngleX = kalmanX.getAngle(accXangle, gyroXrate, (double)(micros()-timer)/1000000); // Calculate the angle using a Kalman filter
  kalAngleY = kalmanY.getAngle(accYangle, gyroYrate, (double)(micros()-timer)/1000000);
  timer = micros();
Serial.println();
    Serial.print("X:");
    Serial.print(kalAngleX,0);
    Serial.print(" ");
    Serial.print("Y:");
    Serial.print(kalAngleY,0);
    Serial.println(" ");
  // The accelerometer's maximum samples rate is 1kHz
}
void i2cWrite(uint8_t registerAddress, uint8_t data){
  Wire.beginTransmission(IMUAddress);
  Wire.write(registerAddress);
  Wire.write(data);
  Wire.endTransmission(); // Send stop
}
uint8_t* i2cRead(uint8_t registerAddress, uint8_t nbytes) {
  uint8_t data[nbytes];
  Wire.beginTransmission(IMUAddress);
  Wire.write(registerAddress);
  Wire.endTransmission(false); // Don't release the bus
  Wire.requestFrom(IMUAddress, nbytes); // Send a repeated start and then release the bus after reading
  for(uint8_t i = 0; i < nbytes; i++)
    data [i]= Wire.read();
  return data;
}

После второго скетча вы на экране сможете увидеть подобные цифры:

Заключение

Модуль датчика – устройство, которое широко используется во многих сферах человеческой жизни. С помощью датчика приводят в норму полет квадрокоптера, потому что гироскоп и акселерометр часто применяются в совокупности.

Модуль помогает скоординировать различные электронные устройства. Например, часто прибор встраивают в детектор движения и систему ориентирования, которая встраивается в роботы для управления. Другие подобные устройства с поддержанием сенсорной функции пользуются успехом в иных областях.