Главная › Новости

Ардуино: акселерометр MPU6050

Опубликовано: 24.08.2018

Стабилизатор для камеры на Ардуино и сервоприводах + акселерометр гироскоп MPU6050 Gy521

Акселерометр — это прибор, позволяющий измерять ускорение тела под действием внешних сил. Подробно об устройстве этого датчика мы уже рассказывали на одном из уроков: Акселерометр: что это такое и как им определять наклон тела

На этот раз мы перейдем от теории к практике: подключим датчик к Ардуино, и напишем пару программ для работы с ним. Подключать будем модуль MPU6050 от RobotClass.

В основе этого модуля лежит микросхема MPU6050, в которой размещаются сразу два датчика: акселерометр и гироскоп. На плате уже имеется вся необходимая обвязка, а также преобразователь напряжения.

Подключаем гироскоп GY-521 к Ардуино!

Характеристики модуля MPU6050 ROC:

напряжение питания: от 3,5 до 6 В; потребляемый ток: 500 мкА; ток в режиме пониженного потребления: 10 мкА при 1,25 Гц, 20 мкА при 5 Гц, 60 мкА при 20 Гц, 110 мкА при 40 Гц; диапазон: ± 2, 4, 8, 16g; разрядность АЦП: 16; интерфейс: I2C (до 400 кГц).

На плате имеется 8 контактов:

VCC — положительный контакт питания; GND — земля; SDA — линия данных I2C; SCL — линия синхроимпульсов I2C; INT — настраиваемое прерывание; AD0 — I2C адрес; по-умолчанию AD0 подтянут к земле, поэтому адрес устройства — 0x68; если соединить AD0 к контактом питания, то адрес изменится на 0x69; XCL, XDA — дополнительный I2C интерфейс для подключения внешнего магнитометра.

1. Подключение MPU6050 к Ардуино

Соединим контакты датчика с Ардуино Уно согласно стандартной схеме для интерфейса I2C:

MPU6050 ROC	GND	VCC	SDA	SCL
Ардуино Уно	GND	+5V	A4	A5

Принципиальная схема

Внешний вид макета

2. Программа для получения сырых данных с акселерометра MPU6050

Составим программу, которая будет каждые 20 миллисекунд получать данные из MPU6050 и выводить их в последовательный порт.

#include "I2Cdev.h" #include "MPU6050.h" #define T_OUT 20 MPU6050 accel; unsigned long int t_next; void setup() { Serial.begin(9600); accel.initialize(); Serial.println(accel.testConnection() ? "MPU6050 connection successful" : "MPU6050 connection failed"); } void loop() { long int t = millis(); if( t_next < t ){ int16_t ax_raw, ay_raw, az_raw, gx_raw, gy_raw, gz_raw; t_next = t + T_OUT; accel.getMotion6(&ax_raw, &ay_raw, &az_raw, &gx_raw, &gy_raw, &gz_raw); Serial.println(ay_raw); // вывод в порт проекции ускорения на ось Y } }

Для работы программы потребуются библиотеки: MPU6050 и I2Cdev, ссылки на которые можно найти в конце урока.

Загружаем программу на Ардуино и открываем окно графика. Поворачиваем датчик вокруг оси X на 90 градусов в одну сторону, потом на 90 в другую. Получится примерно такая картина.

На графике хорошо видно, что при наклоне оси Y вертикально, акселерометр выдает значения близкие к 4000 тысячам. Откуда берется это число?

3. Точность измерения ускорения в MPU6050

Дело в том, что датчик MPU6050 позволяет настраивать точность измерений. Можно выбрать один из четырех классов точности: ±2G, 4G, 8G и 16G, где 1G — это одна земная гравитация.  Используемая нами библиотека по-умолчанию настраивает датчик на диапазон ±8G (прим. по ссылке внизу статьи библиотека по-умолчанию устанавливает ±2G).

С другой стороны, MPU6050 имеет 16 разрядный АЦП . 2 в степени 16 даст нам число 65 536. Поскольку датчик может измерять и отрицательное и положительное ускорение, то он будет выдавать нам числа от -32768 до +32768.

Сложив эти два факта вместе получаем, что при таких настройках 1G будет равен числу 4096 (ну а -1G равен числу -4096). Это вполне совпадает с наблюдаемыми на графике значениями!

Следующий шаг — преобразование этих странных чисел в привычные нам углы, измеряемые в градусах.

4. Программа для вычисления угла наклона акселерометра MPU6050

Добавим в предыдущую программу вычисление угла поворота датчика вокруг оси X:

#include "I2Cdev.h" #include "MPU6050.h" #define TO_DEG 57.29577951308232087679815481410517033f #define T_OUT 20 MPU6050 accel; float angle_ax; long int t_next; float clamp(float v, float minv, float maxv){ if( v>maxv ) return maxv; else if( v<minv ) return minv; return v; } void setup() { Serial.begin(9600); accel.initialize(); // первичная настройка датчика Serial.println(accel.testConnection() ? "MPU6050 connection successful" : "MPU6050 connection failed"); } void loop() { long int t = millis(); if( t_next < t ){ int16_t ax_raw, ay_raw, az_raw, gx_raw, gy_raw, gz_raw; float ay,gx; t_next = t + T_OUT; accel.getMotion6(&ax_raw, &ay_raw, &az_raw, &gx_raw, &gy_raw, &gz_raw); // сырые данные акселерометра нужно преобразовать в единицы гравитации // при базовых настройках 1G = 4096 ay = ay_raw / 4096.0; // на случай, если на акселерометр действуют посторонние силы, которые могут // увеличить ускорение датчика свыше 1G, установим границы от -1G до +1G ay = clamp(ay, -1.0, 1.0); // функция acos возвращает угол в радианах, так что преобразуем // его в градусы при помощи коэффициента TO_DEG if( ay >= 0){ angle_ax = 90 - TO_DEG*acos(ay); } else { angle_ax = TO_DEG*acos(-ay) - 90; } Serial.println(angle_ax); // вывод в порт угла поворота вокруг оси X } }

Загружаем программу в Ардуино и снова пробуем вращать датчик. Теперь на графике отображается угол наклона в градусах!

Ну вот, мы получили уже что-то пригодное для дальнейшего использования. Видно, что датчик поворачивался сначала на 30 с лишним градусов в одну сторону, потом примерно на 60 в другую. Работает!

Заключение

На этом уроке мы получили с датчика MPU6050 сначала сырые данные, а потом и угол его наклона в градусах. Это большое достижение. Но впереди еще немного математики и еще более крутые результаты! Будем делать комплементарный фильтр , который позволит работать с датчиком даже в условиях вибрации и тряски.

Полезные ссылки