Ардуино гироскоп: варианты подключения, библиотеки, код

3-х осевой гироскоп и акселерометр GY-521 (MPU 6050)

Товары

Обзор датчика пространства GY-521 (MPU6050)

GY-521 (рис. 1) – модуль с гироскопом, акселерометром и термометром на базе микросхемы MPU-6050 используется в любительской робототехнике для определения положения в пространстве.

Рисунок 1. Модуль GY521.

Модуль GY-521 построен на базе микросхемы MPU6050. На плате модуля также расположена необходимая обвязка MPU6050, включая подтягивающие резисторы интерфейса I 2 C. Гироскоп используется для измерения линейных ускорений, а акселерометр – угловых скоростей. Совместное использование акселерометра и гироскопа позволяет определить движение тела в трехмерном пространстве.

Характеристики модуля GY-521 (MPU6050)

Питание: 3,5 – 6 В;

Ток потребления: 500 мкА;

Акселерометр диапазон измерений: ± 2 ± 4 ± 8 ± 16g,

Гироскоп диапазон измерений: ± 250 500 1000 2000 ° / s,

Подключение к плате Arduino

Подключение к плате Arduino по интерфейсу I2C. Схема подключения показана на рис. 2.

Загрузив на плату Arduino скетч сканирования I2C-устройств (Листинг 1), в мониторе последовательного порта увидим I2C-адрес модуля MPU6050 – 0x68 (рис. 3).

Получение показаний датчика MPU6050

Для работы с датчиком MPU6050 будем использовать библиотеки I2Cdev и MPU6050. После установки библиотек загрузим на плату Arduino скетч для отображения показаний акселерометра по одной из осей – оси x. Содержимое скетча показано в листинге 2.

Для отображения данных выбираем в настройках Плоттер по последовательному соединению (рис. 4). Смотрим показания вращая датчик по оси x в одну и другую стороны.

Библиотека MPU6050 по умолчанию настраивает датчик на диапазон ±8g (возможные значения ±2g, 4g, 8g и 16g). для 16 разрядного АЦП датчика это значения от -2 15 до 2 15 , поэтому возможные значения на графике ±2 15 /16*8 (-16384 до 16384).

Скетч из листинга 3 преобразует сырые показания датчика MPU6050 в угол наклона датчика относительно оси x.

И смотрим показания угла наклона, вращая датчик по оси x в одну и другую стороны (рис. 5).

Пример использования

В качестве примера рассмотрим проект по созданию пульта на MPU6050 для удаленного управления движущейся платформой.

Нам потребуются следующие компоненты. Для пульта управления:

Плата Arduino Nano – 1;

Плата прототипирования – 1;

Модуль MPU6050 – 1;

передатчик FS1000A – 1;

Для движущейся платформы:

Плата Arduino Nano – 1;

Двухколесная движущаяся платформа – 1;

Модуль драйвера L298N – 1;

приемник MX-RM-5V – 1;

Блок батарей 18650 – 1;

Схема соединения элементов пульта управления показана на рис. 6.

Схема соединений для компонентов для движущейся платформы показана на рис. 7.

Приступим к написанию скетчей. Передатчик отправляет 3 значения – начальный байт отправки B11111111 и 2 значения наклона датчика – по оси x и по оси y.

Содержимое скетча показано в листинге 4.

Плата Arduino на движущейся платформе должна получать данные и преобразовывать их в команды установки скорости для двух моторов.

Содержимое скетча показано в листинге 5.

Рисунок 8. Пульт

Рисунок 9. Движущаяся платформа

Часто задаваемые вопросы

1. Нет данных с датчика MPU6050

  • Проверьте правильность подключения датчика к плате Arduino.

Arduino + MPU6050 (библиотека i2cdevlib). Что делать с ошибками «Multiple definition of MPU6050::XXXXXX»?

Здравствуйте, уважаемые знатоки!

Использую i2cdevlib, чтобы упростить “общение” с гироскопом и акселерометром MPU6050.
Их пример скомпилировался и работает без особых проблем:
Я просто скопировал нужные файлы в папку к проекту, сам проект взял из примеров и все заработало.
Вот проект
Сам датчик, очевидно, не нужен, чтобы собрать и залить в Ардуину.

А вот обернуть всю работу с MPU6050 в отдельный класс, который скрыл бы всю инициализацию и т.п. не получилось.
Для этого создал Sensor.cpp и Sensor.h. Из Sensor.h подключил заголовки для работы с MPU6050, как это было раньше сделано в основном проекте.
В основном проекте убрал все, заинклудил там Sensor.h

И понеслись ошибки:

Код файла проекта:

Вот сам несобирающийся проект вместе с файлами i2cdevlib

Спасибо всем, кто дочитал до конца.

  • Вопрос задан более трёх лет назад
  • 7767 просмотров

Проблема – в некорректном написании библиотеки.

По определению заголовочные файлы должны включать только описания функций и переменных, а cpp-файлы – их определения (реализацию). Включаемый файл MPU6050_6Axis_MotionApps20.h не является на самом деле заголовочным, он содержит реализацию функций, которая должна быть только в одном файле проекта. При включении же его дважды все функции будут скомпилированы в каждый объектный модуль, что вызовет ошибку на стадии линковки.

Можно даже предположить, почему было сделано именно так: данный файл должен иметь тип cpp. Однако, в силу ограничений Arduino ВСЕ cpp файлы из каталога будут скомпилированы автоматически при том, что нужен лишь один из них (6Axis или 9Axis). Потому их сделали *.h, не учтя возможность повторного включения. Это можно было сделать корректно, но автор не стал утруждать себя такими “мелочами”.

Без правки библиотеки эту проблему не решить. Для этого надо разнести описание класса библиотеки в выбранном варианте в *.h, а его определение – в *.cpp. И неким образом учесть то, какой из вариантов при этом следует собирать. В нормальной среде разработки было бы достаточно добавить в проект лишь один (нужный) *.cpp с реализацией того или иного варианта. В стандартой среде Arduino этого сделать нельзя (оба cpp будут скомпилированы), и надо извращаться, например, разделив библиотеку на две части или по другому. В результате из-за дурацких ограничений среды вместо решения своей задачи приходится думать, как выкрутиться. Увы.

PS. Мое личное мнение об Arduino: признавая достоинства системы в плане популяризации микроконтроллеров в “массах”, реализация ее, на мой взгляд, никуда не годная и прививающая навыки плохого стиля программирования. Простейшим примером этого является постоянно повторяемое во всех официальных примерах int led = 13, когда среда уже давным давно определяет его как LED_BUILTIN, всегда правильный для ВЫБРАННОЙ платы. Из таких “мелочей” складывается то, что люди пишут интересные, в целом, вещи, но делают это как попало, что не может не печалить. И сама среда прививает им такой стиль.

Применение Ардуино гироскопа на основе микросхемы mpu 6050

Ардуино – популярнейшая система для одноимённых МК, позволяющая любому желающему, даже без специального образования, воплотить в жизнь проект, о котором он давно мечтал. Будь то автоматизированная теплица или простая система выключения света по хлопку в умном доме.

Но естественно, сам микроконтроллер не способен выполнять все функции, и для этого к нему необходимо покупать датчики, коих на рынке более нескольких десятков разновидностей. Об одном из таких, а именно мы рассмотрим гироскоп Ардуино, и пойдёт речь. Что это такое, в каких проектах его можно применить и как настроить опишем ниже.

Назначение связки гироскоп и акселерометр

Для начала давайте разберёмся, зачем Arduino mpu 6050 (Gy-521) вообще нужен и что собой представляет гироскоп-акселерометр в целом. Такой датчик все мы видели в смартфонах, и там он выполняет следующие функции:

  1. Позволяет замерять шаги. Акселерометр способен отслеживать резкие движения устройства, а в зависимости от его настройки и чувствительности, считать некоторые из них за шаг.
  2. Измеряет поворот экрана. Здесь уже оба устройства работают в паре. Ведь когда вы поворачиваете смартфон набок, картинка должна изменить свою ориентацию для пользователя, и лишь с помощью гироскопа удаётся определить угол наклона, под которым ПО это должно будет сделать.
  3. Компас, карты и навигация. Акселерометр с гироскопом позволяют определить ориентацию устройства в пространстве, что необходимо в различных приложениях для мобильной навигации.

Вот и выходит, что данный датчик подойдёт для тех проектов, в которых вам необходимо измерить ориентацию или движения прибора в пространстве, без точных данных о его местоположении. Это может быть, как самодельная линейка со встроенным уровнем, чтобы пользователь мог определить, насколько ровно стоит та или иная мебель, так и устройство для кровати, встроенной в стену, включающее свет, когда она выдвигается.

Но применить модуль можно и с большей выдумкой, например, для измерения количества оборотов в секунду и регуляции мощности охладительной системы или автоматизации различных процессов.

Всё зависит исключительно от вашей выдумки и конкретного проекта.

Чаще всего гироскоп для Ардуино применяется в системах автоматизации под так называемые «смартхаусы» (умные дома – прим. ред.), являясь своеобразным переключателем. Передавая определённые данные в МК, который затем отправляет их по блютуз-модулю к другому устройству, он может управлять всей техникой в доме.

Ещё один простой способ применения – использование вместо датчика движения на дверях, для включения света и кондиционирования, когда вы возвращаетесь домой.

Комплектующие

Создаётся данный датчик или МК, в зависимости от того, что вы собрались приобретать, из компонентов ATmega328.

Распиновка модуля Arduino MPU 6050

Так, в нём имеются:

  1. 14 штук различных пинов и цифровых выходов, половина из которых являются ШИМ-выходами.
  2. Специальные кварцевые резонаторы до 16 МГц мощностью.
  3. Встроенный вход под usb-кабель, который позволит вам сэкономить не только время, но и деньги, которые вы могли бы потратить на покупку адаптера.
  4. Контакты и распиновка для стандартного питания с нулем, фазой и заземлением.
  5. Контакты для сброса до заводских настроек, при которых весь машинный код и данные будут стёрты. Это полезно в том случае, если вы напортачили с программой и модуль превратился в бесполезную груду железа, и просто как экономия времени, если необходимо сменить прошивку.
  6. ICSP контакт, который необходим для того, чтобы запрограммировать машинный код, который будет находиться внутри системы.

Все эти компоненты и составляют Arduino гироскоп, позволяя ему выполнять свои базовые функции. Но как же запрограммировать систему, если вы до этого не имели опыта работа с данными МК?

Сборка

Здесь всё зависит от используемого вами интерфейса, например, для I2C от Ардуино пригодятся контакты: A4, A5, которые являются SDA и SCL входами соответственно.

Для нормального функционирования всей этой системы необходимо будет использовать wire библиотеку в коде.

Gy-521 (mpu6050) Arduino (Uno)
VCC 3.3 V
GND GND
SCL A5
SDA A4

Также будьте готовы к тому, что распиновка может оказаться не самой удачной, поэтому не стоит делать корпус для устройства впритык, пока вы не подключите и не увидите реальные размеры вашего проекта.

Программы

Без программы модуль будет не более чем грудой железа, которая не выполнит ни одной функции. Базовые библиотеки для взаимодействия с другими МК можно найти на официальном сайте или в интернете, но, помимо них, вам потребуется вспомогательный код. С его помощью можно настроить взаимодействие между акселерометром и тем же блютуз модулем, без которого, в большинстве проектов, он станет бесполезен.

Мы воспользуемся готовой библиотекой для Arduino MPU 6050, которую написал Джефф Роуберг.

В целом, многие поступают и другим путем, правда далеко не все умеют программировать на С++, поэтому перед пользователем, который хочет написать программу для работы с гироскопом, открывается два пути:

  1. Найти уже готовый шаблон или библиотеку. Для этого потребуется всего пара секунд и подключение к интернету, но не стоит забывать, что готовые решения пишутся, зачастую, столь же неопытными инженерами. Поэтому, по возможности, проверяйте, насколько качественный код вы скачиваете. Смотрите отзывы о библиотеке, если есть такая возможность, и старайтесь скачивать их на зарубежных форумах. Там и выбор будет больше, и куда выше вероятность найти действительно качественную библиотеку.
  2. Написать функции и методы для работы системы своими силами. Этот вариант подойдёт лишь тем, кто ранее имел дело с языком С++ и понимает все нюансы работы с Ардуино. Все необходимые вспомогательные библиотеки можно скачать в интернете, а всё остальное вы можете подогнать под свои нужды. Такой способ идеально подходит для тех, кто хочет реализовать собственный проект, не имеющий аналогов. Ведь в таком случае найти заготовленный код под него будет крайне сложно, даже если быть готовым править большую его часть.

Вернемся к нашей библиотеке. После того как вы скачали библиотеку гироскопа вам нужно сделать следующее.

Нужно распаковать/извлечь эту библиотеку, взять папку с именем «MPU6050» и поместить ее в папку «library» в Arduino. Для этого перейдите в место, где вы установили Arduino (Arduino -> libraries) и вставьте свою папку в папку библиотек. Возможно, вам также придется сделать то же самое, чтобы установить библиотеку I2Cdev, если у вас еще нет ее на вашем Ардуино. Для её установки выполните ту же процедуру, что и выше. Вы можете скачать I2Cdev на нашем сайте по этой ссылке.

Если вы всё сделали правильно, при открытии IDE Arduino вы можете увидеть «MPU6050» в:

Файл -> Примеры.

Затем откройте пример программы из меню:

Файл -> Примеры -> MPU6050 -> Примеры -> MPU6050_DMP6.

Затем вы должны загрузить этот код в свой Ардуино. После загрузки кода откройте последовательный монитор и установите скорость передачи в бодах как 115200. Затем проверьте, видите ли вы что-то вроде «Инициализация устройств I2C . » (“Initializing I2C devices . “) на последовательном мониторе.

Если вы этого не сделаете, просто нажмите кнопку сброса. Теперь вы увидите строку с надписью «Отправить символы, чтобы начать программирование и демо DMP» (“Send any character to begin DMP programming and demo”). Просто введите любой символ на последовательном мониторе и отправьте его, и вы должны начать видеть значения поступающие с MPU 6050.

Также можно, например, воспользоваться скетчем ниже, который пересчитывает координату X и Y и выводит в консоль (монитор последовательного порта):

Когда X и Y равны 180 – гироскоп в горизонтальной плоскости:

Вот вы определились с выбором и уже написали всё необходимое ПО, пришла пора его протестировать. Для этого, естественно, необходимо собрать всё вместе.

Наладка

Далее наступает самый ответственный этап – отладка программного кода. Здесь вам необходимо подключить питание к прибору, а сам прибор – к компьютеру, чтобы следить за строками в консоли. Прогоните несколько базовых функций и посмотрите, не будет ли ошибок или багов. Если они возникают, то воспользуйтесь любым удобным методом дебагинга.

Самый простой вариант – использовать для ввода переменные, которые вычисляются рандомным образом, и смотреть, как код будет вести себя в различных ситуациях.

Тестирование

После отладки необходимо провести тестирование. В чём разница? При тестировании вы точно знаете, что программный код работает без лагов и багов, но вам необходимо убедиться, что в нём нет логических ошибок.

С акселерометром и гироскопом проще всего использовать программы 3Д рендеринга показаний, вроде ShowGY521Data, которые позволят в реальном времени увидеть, как железо позиционируется в пространстве. В случае неисправностей всегда можно подправить нулевой уровень и уменьшить чувствительность акселерометра, который также влияет на конечную модель отображения устройства.

GY-521 – модуль с гироскопом, акселерометром и термометром MPU-6050 для Ардуино

Большие отверстия не металлизированы, как на картинке в магазине, поэтому, если Вы будите их прикручивать болтами к «минусу», эффекта не будет. Я заливаю их термоклеем, а он, образуя «шапочки», надёжно фиксирует плату.
Отвертия контактов металлизированы отлично, паяются без проблем.

Модуль GY-521 включает понижающий линейный стабилизатор для питания от 5В, красный светодиод питания и обвязку, обеспечивающую работу по протоколу I2C.

MPU-6050 снабжен акселерометром, гироскопом и термометром. Зачем нужен термометр — не понятно, вероятно, его было удобно разместить в этой микросхеме. Или, действительно, есть такие варианты применения, о которых я не знаю, где тебя вертят и греют нужно вертеться в пространстве и знать температуру =)
Или, в процессе интенсивной работы с устройством, оно может нагреваться и нужно контролировать его температуру и нагрузку.

Характеристики:

— 16-битный АЦП,
— напряжение питания 3-5В,
— поддержка протокола «IIC» (может, I2C ?),
— диапазон ускорений: ± 2 ± 4 ± 8 ± 16g,
— диапазон «гиро»: ± 250 500 1000 2000 ° / s,
— покрытие иммерсионным золотом вместо лужения,
— ток при работе последнего примера составил 5.3 мА и 1.2 мА когда устройство не успело стартовать (питание на модуль было подано после выполнения setup() контроллером)

Подключение к Arduino

Для интерфейса I2C у Ардуино имеются контакты A4 (SDA) и A5 (SCL), да-а, это те, которые расположены чёрти-где (на одной плате у меня они были справа от контроллера, на другой с левого края). В коде нужно использовать библиотеку Wire, прочитать о ней можно туточки. Минимальная схема во Fritzing такая:
… а значит у нас уже не 8 лишних штырьков, а целых двенадцать!

Тестирование

InvenSense MPU-6050
June 2012
WHO_AM_I: 68, error = 0
PWR_MGMT_1: 40, error = 0

MPU-6050
Read accel, temp and gyro, error = 0
accel x,y,z: 12180, 9468, -9168
temperature: 22.153 degrees Celsius
gyro x,y,z: -462, -5303, -490,

MPU-6050
Read accel, temp and gyro, error = 0
accel x,y,z: 13204, 8928, -7420
temperature: 22.482 degrees Celsius
gyro x,y,z: 282, -2012, -956,

MPU-6050
Read accel, temp and gyro, error = 0
accel x,y,z: -1276, 7932, -16232
temperature: 22.435 degrees Celsius
gyro x,y,z: -1168, 1159, 1258,

MPU-6050
Read accel, temp and gyro, error = 0
accel x,y,z: 6216, 10604, -12796
temperature: 22.576 degrees Celsius
gyro x,y,z: -2161, 4363, 2176,

После определённого времени кручения платой, показания гироскопа сбиваются:это нормально и об этом написано в статье, упомянутой выше.
Примечательно, что если нажать ресет и перезагрузить плату в произвольном положении, то реальное положение в пространстве будет показывать акселерометр, гироскоп же сориентироваться в изначальное положение:Суть этого вяления раскрыта в первом комментарии к этой статье от AndyBig.

Думаю, можно будет реализовать с помощью этого модуля какую-нибудь «неваляшку», шлем обклеивать светодиодами как-то рука не поднимается.

Тестовая установка

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Источники:

http://qna.habr.com/q/67804

http://arduinoplus.ru/arduino-giroskop/

http://mysku.ru/blog/china-stores/40178.html

http://alexgyver.ru/lessons/first-flash/

Ссылка на основную публикацию