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2.2.9 MPU6050-Modul

Einführung

Das MPU-6050 ist das weltweit erste und einzige 6-Achsen-Bewegungserfassungsgerät (3-Achsen-Gyroskop und 3-Achsen-Beschleunigungsmesser), das speziell für Smartphones, Tablets und tragbare Sensoren entwickelt wurde. Es erfüllt die Anforderungen an geringen Stromverbrauch, niedrige Kosten und hohe Leistung.

In diesem Experiment nutzen wir I2C, um die Werte des Dreiachsen-Beschleunigungsmessers und des Dreiachsen-Gyroskops des MPU6050 zu erfassen und auf dem Bildschirm anzuzeigen.

Benötigte Komponenten

Für dieses Projekt benötigen wir folgende Komponenten.

../_images/2.2.9_mpu6050_list.png

Es ist definitiv praktisch, ein komplettes Set zu kaufen, hier ist der Link:

Name

ARTIKEL IN DIESEM SET

LINK

Raphael Kit

337

Raphael Kit

Sie können diese auch einzeln über die untenstehenden Links kaufen.

KOMPONENTENVORSTELLUNG

KAUF-LINK

GPIO Extension Board

KAUFEN

Steckbrett

KAUFEN

Jumper-Kabel

KAUFEN

MPU6050 Modul

KAUFEN

Schaltplan

Das MPU6050 kommuniziert über die I2C-Busschnittstelle mit dem Mikrocontroller. Die SDA1- und SCL1-Pins müssen mit den entsprechenden Pins verbunden werden.

../_images/2.2.9_mpu6050_schematic.png

Experimentelle Verfahren

Schritt 1: Baue die Schaltung.

../_images/2.2.9_mpu6050_circuit.png

Schritt 2: Richte I2C ein (siehe Anhang I²C-Konfiguration. Wenn I2C bereits eingerichtet ist, überspringen Sie diesen Schritt.)

Schritt 3: Gehe zum Ordner des Codes.

cd ~/raphael-kit/python-pi5

Schritt 4: Führe die ausführbare Datei aus.

sudo python3 2.2.9_mpu6050_zero.py

Mit der Ausführung des Codes werden der Ablenkwinkel der x- und y-Achse sowie die Beschleunigung und die Winkelgeschwindigkeit auf jeder Achse, die vom MPU6050 gelesen werden, nach der Berechnung auf dem Bildschirm angezeigt.

Bemerkung

  • Wenn der Fehler FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: '/dev/i2c-1' auftritt, beziehen Sie sich bitte auf I²C-Konfiguration, um I2C zu aktivieren.

  • Bei dem Fehler ModuleNotFoundError: No module named 'smbus2' führen Sie bitte sudo apt install python3-smbus2 aus.

  • Erscheint der Fehler OSError: [Errno 121] Remote I/O error, bedeutet dies, dass das Modul falsch verdrahtet ist oder das Modul defekt ist.

Warnung

Wenn die Fehlermeldung RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address angezeigt wird, lesen Sie bitte If gpiozero doesn’t work.

Code

Bemerkung

Sie können den untenstehenden Code modifizieren/zurücksetzen/kopieren/ausführen/stoppen. Bevor Sie das tun, müssen Sie jedoch zum Quellcodepfad wie raphael-kit/python-pi5 wechseln. Nachdem Sie den Code modifiziert haben, können Sie ihn direkt ausführen, um den Effekt zu sehen.

import smbus
import math
import time

# Power management registers
power_mgmt_1 = 0x6b
power_mgmt_2 = 0x6c

def read_byte(adr):
    return bus.read_byte_data(address, adr)

def read_word(adr):
    high = bus.read_byte_data(address, adr)
    low = bus.read_byte_data(address, adr+1)
    val = (high << 8) + low
    return val

def read_word_2c(adr):
    val = read_word(adr)
    if (val >= 0x8000):
        return -((65535 - val) + 1)
    else:
        return val

def dist(a,b):
    return math.sqrt((a*a)+(b*b))

def get_y_rotation(x,y,z):
    radians = math.atan2(x, dist(y,z))
    return -math.degrees(radians)

def get_x_rotation(x,y,z):
    radians = math.atan2(y, dist(x,z))
    return math.degrees(radians)


bus = smbus.SMBus(1) # or bus = smbus.SMBus(1) for Revision 2 boards
address = 0x68       # This is the address value read via the i2cdetect command

# Now wake the 6050 up as it starts in sleep mode
bus.write_byte_data(address, power_mgmt_1, 0)

while True:
    time.sleep(0.1)
    gyro_xout = read_word_2c(0x43)
    gyro_yout = read_word_2c(0x45)
    gyro_zout = read_word_2c(0x47)

    print ("gyro_xout : ", gyro_xout, " scaled: ", (gyro_xout / 131))
    print ("gyro_yout : ", gyro_yout, " scaled: ", (gyro_yout / 131))
    print ("gyro_zout : ", gyro_zout, " scaled: ", (gyro_zout / 131))

    accel_xout = read_word_2c(0x3b)
    accel_yout = read_word_2c(0x3d)
    accel_zout = read_word_2c(0x3f)

    accel_xout_scaled = accel_xout / 16384.0
    accel_yout_scaled = accel_yout / 16384.0
    accel_zout_scaled = accel_zout / 16384.0

    print ("accel_xout: ", accel_xout, " scaled: ", accel_xout_scaled)
    print ("accel_yout: ", accel_yout, " scaled: ", accel_yout_scaled)
    print ("accel_zout: ", accel_zout, " scaled: ", accel_zout_scaled)

    print ("x rotation: " , get_x_rotation(accel_xout_scaled, accel_yout_scaled, accel_zout_scaled))
    print ("y rotation: " , get_y_rotation(accel_xout_scaled, accel_yout_scaled, accel_zout_scaled))

    time.sleep(1)

Code-Erklärung

  1. Liest Sensordaten, die vom MPU6050 gesendet werden.

    def read_word(adr):
    high = bus.read_byte_data(address, adr)
    low = bus.read_byte_data(address, adr+1)
    val = (high << 8) + low
    return val

def read_word_2c(adr):
    val = read_word(adr)
    if (val >= 0x8000):
        return -((65535 - val) + 1)
    else:
        return val

  2. Berechnet den Ablenkwinkel der y-Achse.

    def get_y_rotation(x,y,z):
    radians = math.atan2(x, dist(y,z))
    return -math.degrees(radians)

  3. Berechnet den Ablenkwinkel der x-Achse.

    def get_x_rotation(x,y,z):
    radians = math.atan2(y, dist(x,z))
    return math.degrees(radians)

  4. Liest die Werte der x-, y- und z-Achse des Gyroskopsensors, wandelt die Daten in Winkelgeschwindigkeitswerte um und gibt sie dann aus.

    gyro_xout = read_word_2c(0x43)
gyro_yout = read_word_2c(0x45)
gyro_zout = read_word_2c(0x47)

print ("gyro_xout : ", gyro_xout, " scaled: ", (gyro_xout / 131))
print ("gyro_yout : ", gyro_yout, " scaled: ", (gyro_yout / 131))
print ("gyro_zout : ", gyro_zout, " scaled: ", (gyro_zout / 131))

  5. Liest die Werte der x-, y- und z-Achse des Beschleunigungssensors, wandelt die Daten in Beschleunigungswerte (Gravitationseinheit) um und gibt sie dann aus.

    accel_xout = read_word_2c(0x3b)
accel_yout = read_word_2c(0x3d)
accel_zout = read_word_2c(0x3f)

accel_xout_scaled = accel_xout / 16384.0
accel_yout_scaled = accel_yout / 16384.0
accel_zout_scaled = accel_zout / 16384.0

print ("accel_xout: ", accel_xout, " scaled: ", accel_xout_scaled)
print ("accel_yout: ", accel_yout, " scaled: ", accel_yout_scaled)
print ("accel_zout: ", accel_zout, " scaled: ", accel_zout_scaled)

  6. Gibt die Ablenkwinkel der x- und y-Achse aus.

    print ("x rotation: " , get_x_rotation(accel_xout_scaled, accel_yout_scaled, accel_zout_scaled))
print ("y rotation: " , get_y_rotation(accel_xout_scaled, accel_yout_scaled, accel_zout_scaled))