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6.3 Lesen vom MPU-6050

In dieser Lektion werden wir die Anbindung des MPU-6050 6-Achsen-Bewegungssensors an den Raspberry Pi Pico 2 W erlernen. Der MPU-6050 kombiniert ein 3-Achsen-Gyroskop und einen 3-Achsen-Beschleunigungssensor, die rohe Sensordaten über das I2C-Kommunikationsprotokoll bereitstellen.

• MPU6050 Module

Benötigte Komponenten

Für dieses Projekt benötigen wir folgende Komponenten:

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

Name	ARTIKEL IN DIESEM KIT	KAUF-LINK
Pico 2 W Starter Kit	450+	Pico 2 W Kit

Du kannst sie auch einzeln über die unten stehenden Links kaufen.

SN	KOMPONENTENBESCHREIBUNG	MENGE	KAUF-LINK
1	Einführung in den Pico 2 W	1
2	Micro-USB-Kabel	1
3	Breadboard	1	KAUFEN
4	Jumper-Kabel	Mehrere	KAUFEN
5	MPU6050 Module	1

Verständnis des MPU-6050 Sensors

Der MPU-6050 Sensor wird weit verbreitet in Projekten verwendet, die Bewegungstracking und Orientierungserkennung benötigen, wie z.B. bei Drohnen, Robotik und Gaming-Geräten.

• Beschleunigungsmesser: Misst Beschleunigungskräfte entlang der X-, Y- und Z-Achsen. Dazu gehört auch die Gravitationsbeschleunigung, was es ermöglicht, die Neigung oder Orientierung des Sensors zu bestimmen.

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

Schaltplan

Verdrahtung

Code schreiben

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

Bemerkung

• Du kannst die Datei 6.3_6axis_motion_tracking.ino im Pfad pico-2w-kit-main/arduino/6.3_6axis_motion_tracking öffnen.

• Oder kopiere diesen Code in die Arduino IDE.

• Wähle dann das Raspberry Pi Pico Board und den richtigen Port aus, bevor du auf den Upload-Button klickst.

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

  

#include <Adafruit_MPU6050.h>
#include <Wire.h>

// Erstelle ein MPU6050 Objekt
Adafruit_MPU6050 mpu;

void setup(void) {
  // Initialisiere die serielle Kommunikation
  Serial.begin(115200);

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

  // Versuche den MPU6050 zu initialisieren
  if (!mpu.begin()) {
    Serial.println("Failed to find MPU6050 chip");
    while (1) {
      delay(10);
    }
  }
  Serial.println("MPU6050 gefunden!");

  // Stelle den Beschleunigungsmesserbereich ein
  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;
  }

  // Stelle den Gyroskopbereich ein
  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;
  }

  // Stelle die Filterbandbreite ein
  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() {
  // Hole neue Sensorevents mit den Messwerten
  sensors_event_t a, g, temp;
  mpu.getEvent(&a, &g, &temp);

  // Drucke Beschleunigungswerte
  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); // Passe die Verzögerung bei Bedarf an
}

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

Bewege oder drehe das MPU-6050 Sensor-Modul vorsichtig. Beobachte die Veränderungen in den Beschleunigungs- und Rotationswerten, die den Bewegungen entsprechen.

Verständnis des Codes

1. Einbinden der Bibliotheken und Definition der Konstanten:

   • Adafruit_MPU6050.h: Bindet die MPU6050-Bibliothek ein, um die Schnittstelle zu erleichtern.

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

   • mpu: Erstellt ein MPU6050-Objekt, um mit dem Sensor zu interagieren.

2. Setup-Funktion:

   • MPU6050-Initialisierung:

     Versucht, den MPU6050-Sensor zu initialisieren. Wenn dies nicht erfolgreich ist, wird eine Fehlermeldung ausgegeben und das Programm angehalten.

     Serial.println("Adafruit MPU6050 test!");
     
     // Versuche den MPU6050 zu initialisieren
     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;
     }
     

   • Einstellung der Filterbandbreite:

     Konfiguriert die Filterbandbreite auf 21 Hz, 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:

   • Auslesen der Sensordaten:

     • 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);
     

   • Ausgabe der Sensordaten:

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

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

     // Drucke Beschleunigungswerte
     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 Anzeige von Messwerten:

  • Überprüfe alle Verdrahtungsverbindungen, insbesondere die I2C-Leitungen (SCL und SDA).

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

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

• Falsche Messwerte:

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

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

  • Überprüfe auf lose Verbindungen oder Kurzschlüsse in der Verdrahtung.

• Sensorinterferenzen:

  • Vermeide es, den Sensor in der Nähe anderer elektronischer Geräte zu platzieren, die Störungen verursachen könnten.

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

Weitere Erkundungen

• Kombination mit anderen Sensoren:

  Integriere den MPU6050 mit GPS-Modulen, Magnetometern oder anderen Sensoren, um umfassende Trackingsysteme zu erstellen.

• Bau eines bewegungsbasierten Spielcontrollers:

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

• Bau eines selbstbalancierenden Roboters:

  Nutze die Beschleunigungs- und Gyroskopdaten, um Balance und Stabilität in Roboteranwendungen zu gewährleisten.

• Implementierung von Sensorfusionsalgorithmen:

  Kombiniere Beschleunigungs- und Gyroskopdaten, um Orientierungswinkel mithilfe von Algorithmen wie dem Kalman-Filter oder dem Komplementärfilter zu berechnen.

Fazit

In dieser Lektion hast du gelernt, wie man den MPU6050 6-Achsen-Bewegungssensor mit dem Raspberry Pi Pico anbindet. Durch die Nutzung der Adafruit MPU6050-Bibliothek kannst du 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, was die Interaktivität deiner Projekte erhöht.