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6.3 Daten aus dem MPU-6050 auslesen

In dieser Lektion erforschen wir, wie man den MPU-6050 6-Achsen-Bewegungssensor mit dem Raspberry Pi Pico 2 verwendet. Der MPU-6050 kombiniert ein 3-Achsen-Gyroskop und einen 3-Achsen-Beschleunigungsmesser und stellt rohe Sensordaten über das I2C-Kommunikationsprotokoll bereit.

Was Sie benötigen

Für dieses Projekt benötigen wir die folgenden Komponenten.

Es ist definitiv praktisch, ein ganzes Kit zu kaufen, hier ist der Link:

Name

ITEMS IN THIS KIT

LINK

Newton Lab Kit

450+

Newton Lab Kit

Sie können sie auch einzeln über die untenstehenden Links kaufen.

SN

COMPONENT

QUANTITY

LINK

1

Raspberry Pi Pico 2

1

KAUFEN

2

Micro-USB-Kabel

1

3

Steckbrett

1

KAUFEN

4

Jumperkabel

Mehrere

KAUFEN

5

MPU6050 Modul

1

Verständnis des MPU-6050 Sensors

Der MPU-6050-Sensor wird häufig in Projekten eingesetzt, die Bewegungserfassung und Orientierungsdetektion erfordern, wie z. B. Drohnen, Robotik und Gaming-Geräte.

  • Beschleunigungsmesser: Misst Beschleunigungskräfte entlang der X-, Y- und Z-Achsen. Dies umfasst die Gravitationsbeschleunigung, wodurch Sie die Neigung oder Orientierung des Sensors bestimmen können.

  • Gyroskop: Misst die Rotationsgeschwindigkeit um die X-, Y- und Z-Achsen und liefert Informationen darüber, wie schnell der Sensor sich dreht.

Schaltplan

sch_mpu6050_ar

Verdrahtungsplan

wiring_mpu6050_ar

Schreiben des Codes

Wir werden ein Programm schreiben, das den MPU-6050 Sensor initialisiert, Beschleunigungs- und Gyroskopdaten liest und die Werte auf dem Seriellen Monitor ausgibt.

Bemerkung

  • Sie können die Datei 6.3_6axis_motion_tracking.ino aus newton-lab-kit/arduino/6.3_6axis_motion_tracking öffnen.

  • Oder kopieren Sie diesen Code in die Arduino IDE.

  • Wählen Sie das Raspberry Pi Pico 2-Board und den richtigen Port, dann klicken Sie auf „Upload“.

  • Die Bibliothek Adafruit MPU6050 wird hier verwendet, Sie können sie aus dem Library Manager installieren.

    ../_images/lib_mpu6050.png 
#include <Adafruit_MPU6050.h>
#include <Wire.h>

// Create an MPU6050 object
Adafruit_MPU6050 mpu;

void setup(void) {
  // Initialize Serial Communication
  Serial.begin(115200);

  Serial.println("Adafruit MPU6050 test!");

  // Try to initialize the MPU6050
  if (!mpu.begin()) {
    Serial.println("Failed to find MPU6050 chip");
    while (1) {
      delay(10);
    }
  }
  Serial.println("MPU6050 Found!");

  // Set accelerometer range
  mpu.setAccelerometerRange(MPU6050_RANGE_8_G);
  Serial.print("Accelerometer range set to: ");
  switch (mpu.getAccelerometerRange()) {
    case MPU6050_RANGE_2_G:
      Serial.println("+-2G");
      break;
    case MPU6050_RANGE_4_G:
      Serial.println("+-4G");
      break;
    case MPU6050_RANGE_8_G:
      Serial.println("+-8G");
      break;
    case MPU6050_RANGE_16_G:
      Serial.println("+-16G");
      break;
  }

  // Set gyroscope range
  mpu.setGyroRange(MPU6050_RANGE_500_DEG);
  Serial.print("Gyro range set to: ");
  switch (mpu.getGyroRange()) {
    case MPU6050_RANGE_250_DEG:
      Serial.println("+-250 deg/s");
      break;
    case MPU6050_RANGE_500_DEG:
      Serial.println("+-500 deg/s");
      break;
    case MPU6050_RANGE_1000_DEG:
      Serial.println("+-1000 deg/s");
      break;
    case MPU6050_RANGE_2000_DEG:
      Serial.println("+-2000 deg/s");
      break;
  }

  // Set filter bandwidth
  mpu.setFilterBandwidth(MPU6050_BAND_21_HZ);
  Serial.print("Filter bandwidth set to: ");
  switch (mpu.getFilterBandwidth()) {
    case MPU6050_BAND_260_HZ:
      Serial.println("260 Hz");
      break;
    case MPU6050_BAND_184_HZ:
      Serial.println("184 Hz");
      break;
    case MPU6050_BAND_94_HZ:
      Serial.println("94 Hz");
      break;
    case MPU6050_BAND_44_HZ:
      Serial.println("44 Hz");
      break;
    case MPU6050_BAND_21_HZ:
      Serial.println("21 Hz");
      break;
    case MPU6050_BAND_10_HZ:
      Serial.println("10 Hz");
      break;
    case MPU6050_BAND_5_HZ:
      Serial.println("5 Hz");
      break;
  }

  Serial.println("");
  delay(100);
}

void loop() {
  // Get new sensor events with the readings
  sensors_event_t a, g, temp;
  mpu.getEvent(&a, &g, &temp);

  // Print acceleration values
  Serial.print("Acceleration X: ");
  Serial.print(a.acceleration.x);
  Serial.print(" m/s^2, Y: ");
  Serial.print(a.acceleration.y);
  Serial.print(" m/s^2, Z: ");
  Serial.print(a.acceleration.z);
  Serial.println(" m/s^2");

  // Print gyroscope values
  Serial.print("Rotation X: ");
  Serial.print(g.gyro.x);
  Serial.print(" rad/s, Y: ");
  Serial.print(g.gyro.y);
  Serial.print(" rad/s, Z: ");
  Serial.print(g.gyro.z);
  Serial.println(" rad/s");

  delay(500); // Adjust delay as needed
}

Nach dem Hochladen des Codes sollte der Serielle Monitor kontinuierlich die Beschleunigungs- und Rotationswerte anzeigen.

Adafruit MPU6050 test!
MPU6050 Found!
Accelerometer range set to: +-8G
Gyro range set to: +-500 deg/s
Filter bandwidth set to: 21 Hz

Acceleration X: 0.00 m/s^2, Y: 0.00 m/s^2, Z: 9.81 m/s^2
Rotation X: 0.02 rad/s, Y: -0.01 rad/s, Z: 0.00 rad/s
Acceleration X: 0.10 m/s^2, Y: 0.05 m/s^2, Z: 9.76 m/s^2
Rotation X: 0.15 rad/s, Y: -0.05 rad/s, Z: 0.02 rad/s

Drehen oder bewegen Sie vorsichtig das MPU-6050-Sensormodul. Beobachten Sie die Veränderungen in den Beschleunigungs- und Rotationswerten, die den Bewegungen entsprechen.

Verständnis des Codes

  1. Einbinden von Bibliotheken und Definieren von Konstanten:

    • Adafruit_MPU6050.h: Bindet die MPU6050-Bibliothek für eine einfachere Schnittstellensteuerung ein.

    • Wire.h: Bindet die I2C-Kommunikationsbibliothek ein.

    • mpu: Erstellt ein MPU6050-Objekt zur Interaktion mit dem Sensor.

  2. Setup-Funktion:

    • MPU6050-Initialisierung:

      Versucht, den MPU6050-Sensor zu initialisieren. Bei einem Misserfolg wird eine Fehlermeldung ausgegeben und das Programm wird angehalten.

      Serial.println("Adafruit MPU6050 test!");

// Try to initialize the MPU6050
if (!mpu.begin()) {
  Serial.println("Failed to find MPU6050 chip");
  while (1) {
    delay(10);
  }
}
Serial.println("MPU6050 Found!");

    • Beschleunigungsmesserbereich:

      Stellt den Beschleunigungsmesserbereich auf ±8G ein und gibt den aktuellen Bereich aus.

      mpu.setAccelerometerRange(MPU6050_RANGE_8_G);
Serial.print("Accelerometer range set to: ");
switch (mpu.getAccelerometerRange()) {
  case MPU6050_RANGE_2_G:
    Serial.println("+-2G");
    break;
   ...
  case MPU6050_RANGE_16_G:
    Serial.println("+-16G");
    break;
}

    • Gyroskopbereich:

      Stellt den Gyroskopbereich auf ±500 Grad pro Sekunde ein und gibt den aktuellen Bereich aus.

      mpu.setGyroRange(MPU6050_RANGE_500_DEG);
Serial.print("Gyro range set to: ");
switch (mpu.getGyroRange()) {
  case MPU6050_RANGE_250_DEG:
    Serial.println("+-250 deg/s");
    break;
   ...
  case MPU6050_RANGE_2000_DEG:
    Serial.println("+-2000 deg/s");
    break;
}

    • Filterbandbreite einstellen:

      Stellt die Filterbandbreite auf 21 Hz ein, um Rauschen zu reduzieren, und gibt die aktuelle Einstellung aus.

      mpu.setFilterBandwidth(MPU6050_BAND_21_HZ);
Serial.print("Filter bandwidth set to: ");
switch (mpu.getFilterBandwidth()) {
  case MPU6050_BAND_260_HZ:
    Serial.println("260 Hz");
    break;
   ...
  case MPU6050_BAND_5_HZ:
    Serial.println("5 Hz");
    break;
}

  3. Loop-Funktion:

    • Sensordaten lesen:

      • sensors_event_t a, g, temp;: Erstellt Ereignisobjekte, um Beschleunigungs-, Gyroskop- und Temperaturdaten zu speichern.

      • mpu.getEvent(&a, &g, &temp);: Ruft die neuesten Sensordaten ab.

      sensors_event_t a, g, temp;
mpu.getEvent(&a, &g, &temp);

    • Sensordaten ausgeben:

      • Beschleunigung: Gibt Beschleunigungswerte entlang der X-, Y- und Z-Achsen in Metern pro Sekunde zum Quadrat (m/s²) aus.

      • Rotation: Gibt Gyroskopwerte (Rotationsgeschwindigkeit) um die X-, Y- und Z-Achsen in Radiant pro Sekunde (rad/s) aus.

      // Print acceleration values
Serial.print("Acceleration X: ");
Serial.print(a.acceleration.x);
...
Serial.print(g.gyro.y);
Serial.print(" rad/s, Z: ");
Serial.print(g.gyro.z);
Serial.println(" rad/s");

Fehlerbehebung

  • Keine Anzeigen:

    • Überprüfen Sie alle Verkabelungen, insbesondere die I2C-Leitungen (SCL und SDA).

    • Stellen Sie sicher, dass der MPU6050-Sensor mit Strom versorgt wird (VCC- und GND-Verbindungen).

    • Überprüfen Sie, ob die richtigen GPIO-Pins im Code definiert sind.

  • Falsche Messwerte:

    • Stellen Sie sicher, dass der MPU6050-Sensor richtig im Steckbrett sitzt.

    • Überprüfen Sie, ob die Bereichs- und Filtereinstellungen des Sensors der gewünschten Anwendung entsprechen.

    • Überprüfen Sie auf lose Verbindungen oder Kurzschlüsse in der Verkabelung.

  • Sensorinterferenzen:

    • Platzieren Sie den Sensor nicht in der Nähe anderer elektronischer Geräte, die Störungen verursachen könnten.

    • Stellen Sie sicher, dass keine physischen Hindernisse die Bewegung des Sensors blockieren.

Weitere Erkundungen

  • Kombination mit anderen Sensoren:

    Integrieren Sie den MPU6050 mit GPS-Modulen, Magnetometern oder anderen Sensoren, um umfassende Tracking-Systeme zu erstellen.

  • Bau eines bewegungsbasierten Spielcontrollers:

    Verwenden Sie den MPU6050, um Bewegungen und Orientierungen zu erkennen, was die Erstellung von bewegungsgesteuerten Spielgeräten ermöglicht.

  • Erstellung eines selbstbalancierenden Roboters:

    Nutzen Sie die Daten des Beschleunigungsmessers und Gyroskops, um Balance und Stabilität in Roboteranwendungen zu gewährleisten.

  • Implementierung von Sensor-Fusion-Algorithmen:

    Kombinieren Sie Beschleunigungs- und Gyroskopdaten, um Orientierungswinkel mit Algorithmen wie dem Kalman-Filter oder dem Komplementärfilter zu berechnen.

Fazit

In dieser Lektion haben Sie gelernt, wie man den MPU6050 6-Achsen-Bewegungssensor mit dem Raspberry Pi Pico verwendet. Durch die Nutzung der Adafruit MPU6050-Bibliothek können Sie einfach Beschleunigungs- und Gyroskopdaten abrufen und interpretieren, was eine Vielzahl von Bewegungs- und Orientierungsanwendungen ermöglicht. Die optionale LED-Anzeige bietet eine einfache Möglichkeit, visuelles Feedback basierend auf den Sensordaten zu geben und die Interaktivität Ihrer Projekte zu erhöhen.