ساخت ژیروسکوپ و شتاب سنج با ماژول MPU6050 و برد آردوینو

در این سری از آموزش های آردوینو به نحوه کارکرد سنسور MPU6050، طریقه اتصال آن به برد آردوینو و خواندن مقادیر شتاب و سرعت زاویه ای توسط سریال مانیتور نرم افزار آردوینو پرداخته ایم.

ماژول شتاب سنج و ژیروسکوپ MPU6050

قبل از شرروع پروژه باید یک سری اطلاعات پایه درباره سنسور MPU6050 را بررسی و شرح دهیم تا با دید کاملتری از نحوه عملکرد این سنسور پیش برویم. MPU6050 زیرمجموعه ای از سنسور IMU می باشد که دارای یک شتاب سنج و ژیروسکوپ و یک تراشه است.

این سنسور وسیله ای برای اندازه گیری شتاب و سرعت زاویه ای در سه محور X Y Z است. سنسورهای IMU در ربات های تعادل، کنترل پروازها، تلفن های همراه، تبلت ها، فضاپیماها و هواپیماهای بدون سرنشین و …. مورد استفاده قرار می گیرند. دو نوع معمول این سنسور ADXL335 و MPU6050 که دارای شتاب سنج سه محوره هستند، در بازار موجودیت دارند.

ویژگی های ماژول MPU6050

ماژول MPU6050 یک دستگاه اندازه گیری و ردیابی 6 محوره ساخته شرکت InvenSense است. ویژگی های اصلی ماژول MPU6050 در زیر آمده است.

1. دارای سه محور شتاب سنج

2. دارای سه محور ژیروسکوپ

3. سنسور دما خروجی دیجیتال

4. دارای 6 عدد مبدل آنالوگ به دیجیتال 16 بیتی (که سه عدد مبدل مربوط به شتاب سنج و سه عدد دیگر آن مربوط به ژیروسکوپ است)

5. پردازنده مجتمع دیجیتال

6. بافر 1024 بیتی

این ماژول دارای پروتکل ارتباطی I2C است، که به راحتی به برد آردوینو اتصال می یابد.

دانلود دیتا شیت ماژول MPU6050

لیست قطعات مورد نیاز

برد آردوینو Arduino UNO R3 مدل DIP	1 عدد
ماژول سه محوره شتاب سنج و ژیروسکوپ MPU6050 مدل GY-521	1 عدد
برد بورد (پروجکت برد) مدل GL	1 عدد
سیم جامپر برد بوردی مدل دو سر نری (سری 40تایی)	1 عدد

اتصال ماژول MPU6050 به برد آردوینو

همانطور که گفته شد ماژول MPU6050 برای ارتباط از پروتوکل ارتباطی I2C استفاده می کند بنابراین برای اتصال به برد آردوینو باید به پایه های A4 و A5 که به پایه های SDA و SCL نامیده می شوند، اتصال داده شود.

در این پروژه ما از پایه های SDA، SCL، INT، VCC و GND ماژول MPU6050 برای اتصال به برد آردوینو استفاده می کنیم. نحوه اتصال ماژول به برد آردوینو بسیار راحت است و با توجه به شماتیک شکل زیر به راحتی می توانید ماژول MPU6050 را به برد آردوینو اتصال دهید.

برنامه نویسی

قبل از برنامه نویسی کامل پروژه ابتدا یک برنامه ساده نوشتیم و می توانید آن را برای تست به برد آردوینو آپلود کنید. برای این کار کافیست ابتدا اتصالات فوق را انجام دهید و با باز کردن سریال نرم افزار آردوینو، مقادیر خام شتاب سنج و ژیرسکوپ را ببینید.

#include<Wire.h>
  const int MPU6050_addr=0x68;
  int16_t AccX,AccY,AccZ,Temp,GyroX,GyroY,GyroZ;
  void setup(){
    Wire.begin();
    Wire.beginTransmission(MPU6050_addr);
    Wire.write(0x6B);
    Wire.write(0);
    Wire.endTransmission(true);
    Serial.begin(9600);
  }
  void loop(){
    Wire.beginTransmission(MPU6050_addr);
    Wire.write(0x3B);
    Wire.endTransmission(false);
    Wire.requestFrom(MPU6050_addr,14,true);
    AccX=Wire.read()<<8|Wire.read();
    AccY=Wire.read()<<8|Wire.read();
    AccZ=Wire.read()<<8|Wire.read();
    Temp=Wire.read()<<8|Wire.read();
    GyroX=Wire.read()<<8|Wire.read();
    GyroY=Wire.read()<<8|Wire.read();
    GyroZ=Wire.read()<<8|Wire.read();
    Serial.print("AccX = "); Serial.print(AccX);
    Serial.print(" || AccY = "); Serial.print(AccY);
    Serial.print(" || AccZ = "); Serial.print(AccZ);
    Serial.print(" || Temp = "); Serial.print(Temp/340.00+36.53);
    Serial.print(" || GyroX = "); Serial.print(GyroX);
    Serial.print(" || GyroY = "); Serial.print(GyroY);
    Serial.print(" || GyroZ = "); Serial.println(GyroZ);
    delay(100);
  }

#include<Wire.h>

const int MPU6050_addr=0x68;

int16_t AccX,AccY,AccZ,Temp,GyroX,GyroY,GyroZ;

void setup(){

Wire.begin();

Wire.beginTransmission(MPU6050_addr);

Wire.write(0x6B);

Wire.write(0);

Wire.endTransmission(true);

Serial.begin(9600);

}

void loop(){

Wire.beginTransmission(MPU6050_addr);

Wire.write(0x3B);

Wire.endTransmission(false);

Wire.requestFrom(MPU6050_addr,14,true);

AccX=Wire.read()<<8|Wire.read();

AccY=Wire.read()<<8|Wire.read();

AccZ=Wire.read()<<8|Wire.read();

Temp=Wire.read()<<8|Wire.read();

GyroX=Wire.read()<<8|Wire.read();

GyroY=Wire.read()<<8|Wire.read();

GyroZ=Wire.read()<<8|Wire.read();

Serial.print("AccX = "); Serial.print(AccX);

Serial.print(" || AccY = "); Serial.print(AccY);

Serial.print(" || AccZ = "); Serial.print(AccZ);

Serial.print(" || Temp = "); Serial.print(Temp/340.00+36.53);

Serial.print(" || GyroX = "); Serial.print(GyroX);

Serial.print(" || GyroY = "); Serial.print(GyroY);

Serial.print(" || GyroZ = "); Serial.println(GyroZ);

delay(100);

}

نتایج حاصل از شبیه سازی در سریال نرم افزار آردوینو

اما برای اندازه گیری دقیق تر و بهتر باید محاسبات بیشتری را در نظر بگیریم. برای انجام این مهم ابتدا کتابخانه را از لینک زیر دانلود کرده و نصب کنید . بعد از نصب اقدام به فراخوانی کتابخانه MPU6050 کنید و یا برنامه کامل پروژه را از زیر به نرم افزار آردوینو کپی کرده و به برد آردوینو آپلود کنید. لازم به ذکر است که بادریت برنامه را بر روی 115200 قرار دهید.

دانلود کتابخانه سنسور MPU6050

نصب کتابخانه

لازم به ذکر است که نرم افزار برنامه نویسی آردوینو به صورت پیش فرض توانایی پشتیبانی از MPU6050 را ندارد بنابراین ما باید library (کتابخانه یا برنامه) مورد نیاز را بر روی آن نصب کنیم. این فرآیند بسیار ساده و راحت است که در زیر نحوه استفاده از آن را توضیح داده ایم.

1. در مرحله اول ابتدا آخرین (جدیدترین) نسخه کتابخانه (MPU6050 ) را از لینک فوق دانلود کنید.

2. پس از دانلود فایل، نرم افزار آردوینو را باز کنید.

3. مسیر زیر را دنبال کنید و در پنجره باز شده فایل کتابخانه MPU6050 را که قبلا دانلود کرده اید را انتخاب نمائید: …

Sketch > Include Library > Add .ZIP Library

برنامه کامل پروژه در محیط نرم افزار آردوینو

بعد از اتصال قطعات به یکدیگر و نصب کتابخانه، کدهای زیر را در نرم افزار آردوینو کپی نموده سپس به برد آردوینو آپلود کنید.

#include "I2Cdev.h"
#include "MPU6050.h"
#if I2CDEV_IMPLEMENTATION == I2CDEV_ARDUINO_WIRE
    #include "Wire.h"
#endif
MPU6050 accelgyro;
int16_t ax, ay, az;
int16_t gx, gy, gz;
#define OUTPUT_READABLE_ACCELGYRO
#define LED_PIN 13
bool blinkState = false;

void setup() {
    #if I2CDEV_IMPLEMENTATION == I2CDEV_ARDUINO_WIRE
        Wire.begin();
    #elif I2CDEV_IMPLEMENTATION == I2CDEV_BUILTIN_FASTWIRE
        Fastwire::setup(400, true);
    #endif
    Serial.begin(115200);
    Serial.println("Initializing I2C devices...");
    accelgyro.initialize();
    Serial.println("Testing device connections...");
    Serial.println(accelgyro.testConnection() ? "MPU6050 connection successful" : "MPU6050 connection failed");
    pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
}

void loop() 
    accelgyro.getMotion6(&ax, &ay, &az, &gx, &gy, &gz);
    #ifdef OUTPUT_READABLE_ACCELGYRO
        Serial.print("a/g:\t");
        Serial.print(ax); Serial.print("\t");
        Serial.print(ay); Serial.print("\t");
        Serial.print(az); Serial.print("\t");
        Serial.print(gx); Serial.print("\t");
        Serial.print(gy); Serial.print("\t");
        Serial.println(gz);
    #endif
    #ifdef OUTPUT_BINARY_ACCELGYRO
        Serial.write((uint8_t)(ax >> 8)); Serial.write((uint8_t)(ax & 0xFF));
        Serial.write((uint8_t)(ay >> 8)); Serial.write((uint8_t)(ay & 0xFF));
        Serial.write((uint8_t)(az >> 8)); Serial.write((uint8_t)(az & 0xFF));
        Serial.write((uint8_t)(gx >> 8)); Serial.write((uint8_t)(gx & 0xFF));
        Serial.write((uint8_t)(gy >> 8)); Serial.write((uint8_t)(gy & 0xFF));
        Serial.write((uint8_t)(gz >> 8)); Serial.write((uint8_t)(gz & 0xFF));
    #endif
    blinkState = !blinkState;
    digitalWrite(LED_PIN, blinkState);
}

#include "I2Cdev.h"

#include "MPU6050.h"

#if I2CDEV_IMPLEMENTATION == I2CDEV_ARDUINO_WIRE

#include "Wire.h"

#endif

MPU6050 accelgyro;

int16_t ax, ay, az;

int16_t gx, gy, gz;

#define OUTPUT_READABLE_ACCELGYRO

#define LED_PIN 13

bool blinkState = false;

void setup() {

#if I2CDEV_IMPLEMENTATION == I2CDEV_ARDUINO_WIRE

Wire.begin();

#elif I2CDEV_IMPLEMENTATION == I2CDEV_BUILTIN_FASTWIRE

Fastwire::setup(400, true);

#endif

Serial.begin(115200);

Serial.println("Initializing I2C devices...");

accelgyro.initialize();

Serial.println("Testing device connections...");

Serial.println(accelgyro.testConnection() ? "MPU6050 connection successful" : "MPU6050 connection failed");

pinMode(LED_PIN, OUTPUT);

}

void loop()

accelgyro.getMotion6(&ax, &ay, &az, &gx, &gy, &gz);

#ifdef OUTPUT_READABLE_ACCELGYRO

Serial.print("a/g:\t");

Serial.print(ax); Serial.print("\t");

Serial.print(ay); Serial.print("\t");

Serial.print(az); Serial.print("\t");

Serial.print(gx); Serial.print("\t");

Serial.print(gy); Serial.print("\t");

Serial.println(gz);

#endif

#ifdef OUTPUT_BINARY_ACCELGYRO

Serial.write((uint8_t)(ax >> 8)); Serial.write((uint8_t)(ax & 0xFF));

Serial.write((uint8_t)(ay >> 8)); Serial.write((uint8_t)(ay & 0xFF));

Serial.write((uint8_t)(az >> 8)); Serial.write((uint8_t)(az & 0xFF));

Serial.write((uint8_t)(gx >> 8)); Serial.write((uint8_t)(gx & 0xFF));

Serial.write((uint8_t)(gy >> 8)); Serial.write((uint8_t)(gy & 0xFF));

Serial.write((uint8_t)(gz >> 8)); Serial.write((uint8_t)(gz & 0xFF));

#endif

blinkState = !blinkState;

digitalWrite(LED_PIN, blinkState);

}

2 دیدگاه

وحید
اکتبر 20, 2021 در 1:23 ب.ظ

سلام. خروجی کد دوم با تصویری که گذاشته شده فرق داره. الآن کدی که بتونیم با اون yaw, pitch, roll رو با استفاده از dmp بدست بیاریم چیه؟
وحید
اکتبر 20, 2021 در 1:25 ب.ظ

یک سوال دیگه. من وقتی کد موجود توی لینک زیر بررسی میکنم خییییلی نویز داره. ولی کد دوم شما اینطوری نبود. کار خاصی روی کد دوم انجام شده؟ ممنون.