怎樣將Arduino與MPU6050連接

在進(jìn)入項(xiàng)目之前，您需要了解MPU6050傳感器的一些基礎(chǔ)知識(shí)。 MPU-6050是一種IMU傳感器，在單個(gè)芯片上包含MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）加速度計(jì)和MEMS陀螺儀。

這里是IMU傳感器，其中IMU代表慣性測(cè)量單元，是一種利用加速度計(jì)測(cè)量比力的裝置，使用陀螺儀測(cè)量角速率和使用磁強(qiáng)計(jì)測(cè)量磁場(chǎng)。

IMU傳感器用于自平衡機(jī)器人，飛機(jī)，手機(jī)，平板電腦，航天器，衛(wèi)星，無(wú)人機(jī)，無(wú)人機(jī)（無(wú)人駕駛飛行器）等用于引導(dǎo)，位置檢測(cè)，方向檢測(cè)，運(yùn)動(dòng)跟蹤和飛行控制。

兩種常見(jiàn)的IMU是ADXL 335加速度計(jì)和MPU-6050。 ADXL 335包含一個(gè)3軸加速度計(jì)。

對(duì)于MPU-6050，它是一個(gè)六軸運(yùn)動(dòng)跟蹤設(shè)備，結(jié)合了3軸加速度計(jì)和3 -axis陀螺儀在一個(gè)芯片上。我們將在下一節(jié)中看到有關(guān)MPU6050的更多詳細(xì)信息。

簡(jiǎn)介到MPU6050傳感器

MPU-6050是由InvenSense開(kāi)發(fā)的六軸運(yùn)動(dòng)跟蹤設(shè)備。 MPU6050器件的主要特性如下所述。

三軸加速度計(jì)

三軸陀螺儀

數(shù)字輸出溫度傳感器

六個(gè)16位ADC（三個(gè)用于加速度計(jì)，三個(gè)用于陀螺儀）

集成數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器（DMP）

1024B FIFO緩沖區(qū)

六軸MPU-6050被稱為6 DoF（六自由度）設(shè)備，因?yàn)樗峁┝鶄€(gè)輸出值（三個(gè)來(lái)自Accelerometer，三個(gè)來(lái)自Gyro）。 MPU-6050可以使用I2C協(xié)議進(jìn)行通信。

數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器或DMP是一種嵌入式處理器，可以減少來(lái)自主處理器的計(jì)算負(fù)載，如Arduino，從加速度計(jì)，陀螺儀和外部磁力計(jì)獲取和處理數(shù)據(jù)。

將MPU6050與Arduino接口

如前所述，MPU6050僅支持I2C通信，因此必須僅連接到Arduino的I2C引腳。 Arduino的I2C引腳與模擬輸入引腳A4和A5復(fù)用，即A4為SDA，A5為SCL。

來(lái)到MPU6050，我們使用了一個(gè)提供8個(gè)引腳的普通分線板。上圖顯示了MPU6050分線板的原理圖。

在此，我們將使用SCL，SDA和INT引腳連接Arduino。

所需組件

硬件

Arduino UNO ［在此處購(gòu)買］

MPU6050分組板［在此處購(gòu)買］

連接線［在此處購(gòu)買］

軟件

Arduino IDE

處理（用于3D可視化）

電路圖

下圖顯示了MPU6050與Arduino UNO接口的電路圖。如前所述，MPU6050和Arduino之間的接口必須使用I2C協(xié)議實(shí)現(xiàn)。

因此，Arduino（A5）的SCL引腳連接到MPU6050的SCL引腳。同樣，Arduino（A4）的SDA引腳連接到MPU6050板的SDA引腳。

此外，我們將使用MPU6050的中斷功能來(lái)指示當(dāng)1024字節(jié)FIFO緩沖區(qū)已滿時(shí)（或中斷）Arduino。因此，將MPU6050的INT引腳連接到Arduino UNO的外部中斷0（INT0）引腳，即引腳2.

注意：在I2C中通信時(shí)，MPU-6050始終充當(dāng)從屬設(shè)備。

閱讀來(lái)自MPU6050的RAW值

在上傳實(shí)際程序之前，我們將首先看到一個(gè)簡(jiǎn)單的程序來(lái)讀取加速度計(jì)，陀螺儀和溫度傳感器的原始值。只需將MPU6050的SCL和SDA線連接到Arduino（A4和A5）的相應(yīng)I2C引腳，然后上傳以下代碼即可。

如果打開(kāi)串行終端，您將獲得加速度計(jì)和陀螺儀的原始值以及溫度傳感器校準(zhǔn)的溫度。數(shù)據(jù)看起來(lái)像這樣。

如您所見(jiàn)，閱讀原始數(shù)據(jù)來(lái)自MPU6050傳感器的數(shù)據(jù)很簡(jiǎn)單但是這些數(shù)據(jù)我們需要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行額外的計(jì)算才能得到偏航，俯仰和俯仰。

我已經(jīng)提到了MPU6050傳感器，有一個(gè)特殊的處理器，稱為DMP或數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器，與加速度計(jì)和陀螺儀嵌入在同一芯片上。此DMP的使用是可以使用固件對(duì)其進(jìn)行編程，以便對(duì)來(lái)自傳感器的數(shù)據(jù)執(zhí)行復(fù)雜的計(jì)算。

但是沒(méi)有關(guān)于InvenSense的DMP的明確文檔因此我們錯(cuò)過(guò)了直接在芯片上快速計(jì)算傳感器數(shù)據(jù)的方法。

Jeff Rowberg等人在DMP的逆向工程方面做得非常出色來(lái)自I2C信號(hào)分析的相關(guān)信息。

將代碼上傳到Arduino并測(cè)試MPU6050

在上傳代碼之前，我們需要為Arduino下載兩個(gè)庫(kù)。它們是I2Cdev和MPU6050。下載鏈接和官方GitHub鏈接如下所示。

I2Cdev：下載I2CDEV LIBRARY 或訪問(wèn)GitHub LINK

MPU6050：下載MPU6050 LIBRARY 或訪問(wèn)GitHub LINK

下載MPU6050庫(kù)并通過(guò)解壓縮下載的文件來(lái)提取內(nèi)容。您將獲得一個(gè)名為“MPU6050”的文件夾。復(fù)制此文件夾并將其粘貼到Arduino的libraries文件夾中。

在我的情況下，它位于“C： Program Files（x86） Arduino libraries”。對(duì)I2Cdev庫(kù)做同樣的事情。

如果一切順利，請(qǐng)打開(kāi)Arduino IDE并瀏覽以下路徑：文件 - 》示例 - 》 MPU6050 - 》示例 - 》 MPU6050_DMP6并打開(kāi)示例代碼MPU6050_DMP6。

將此代碼上傳到Arduino（假設(shè)您已根據(jù)電路圖建立了連接）并且代碼為上傳，打開(kāi)串口終端。

將串口終端的波特率設(shè)置為115200，您將得到以下文字。

“初始化DMP 。..

初始化I2C設(shè)備。..。..

測(cè)試設(shè)備連接。..

MPU6050連接成功

發(fā)送任何字符以開(kāi)始DMP編程和演示：“

如果您沒(méi)有獲得任何數(shù)據(jù)或仍然獲取垃圾數(shù)據(jù)，只需重置Arduino。如果您查看最后一句，它會(huì)說(shuō)“發(fā)送任何字符以開(kāi)始DMP編程和演示”。因此，在串行監(jiān)視器中鍵入任何字符，如1或a，然后發(fā)送它。只要您按Enter鍵，就可以開(kāi)始在串行監(jiān)視器上看到Y(jié)aw，Pitch and Roll（ypr）值。

注意：在此期間，請(qǐng)將MPU6050放在穩(wěn)定的水平表面上。此外，等待MPU6050的值穩(wěn)定10秒鐘。

根據(jù)接口Arduino和MPU6050的值進(jìn)行處理中的3D建模

在項(xiàng)目的下一步中，我們將使用Processing IDE查看MPU6050傳感器的3D建模，您可以在其中查看傳感器數(shù)據(jù)的3D表示。 Processing是一種為電子藝術(shù)和視覺(jué)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的編程語(yǔ)言和IDE。實(shí)際上，Arduino IDE也基于Processing編程語(yǔ)言。

要下載Processing IDE，請(qǐng)?jiān)L問(wèn) LINK 。使用給定鏈接下載并安裝Processing IDE。

下載處理IDE并安裝后（只需從下載的zip文件中解壓縮內(nèi)容），您需要下載一個(gè)庫(kù)for Processing稱為“Toxi”。您可以從 LINK 下載Toxi庫(kù)。

我選擇了“toxiclibs-complete-0020”文件。下載此文件后，將內(nèi)容解壓縮到名為“toxiclibs-complete-0020”的文件夾。

復(fù)制此文件夾并將其粘貼到Processing的libraries文件夾中。就我而言，它是“C： Users Ravi Documents Processing libraries”。

復(fù)制文件夾后，您就可以進(jìn)行3D建模了。首先，您需要上傳先前的Arduino代碼（MPU6050_DMP6），只需稍加修改。

在Arduino IDE中打開(kāi)MPU6050_DMP6（我們之前上傳的示例程序）。向下滾動(dòng)到顯示以下內(nèi)容的行。

#define OUTPUT_READABLE_YAWPITCHROLL

通過(guò)在其前面添加雙正斜杠來(lái)注釋此行。

//#define OUTPUT_READABLE_YAWPITCHROLL

此外，找到//#define OUTPUT_TEAPOT 的行，并通過(guò)刪除雙正斜杠取消注釋。現(xiàn)在，您可以上傳代碼。我們?cè)诖a中修改的不是將數(shù)據(jù)發(fā)送到串行終端，而是將其轉(zhuǎn)發(fā)到處理IDE。

現(xiàn)在，打開(kāi)Processing IDE并單擊File - 》打開(kāi)?，F(xiàn)在，導(dǎo)航到為Arduino安裝MPU6050庫(kù)的文件夾。打開(kāi)名為“MPUTeapot”的Processing示例。

在我的示例中，此示例的位置為C： Program Files（x86） Arduino libraries MPU6050 Examples MPU6050_DMP6 Processing MPUTeapot。

此程序可自動(dòng)選擇Arduino所連接的PORT編號(hào)。與此相關(guān)的代碼中的行是

字符串portName = Serial.list（）［0］;

指定Arduino的PORT編號(hào)的另一種方法是手動(dòng)輸入COM端口號(hào)。為此，請(qǐng)注釋以上行并取消注釋以下行，并將COM端口號(hào)替換為Arduino所連接的相應(yīng)COM端口號(hào)。

//String portName =“COM4”;

在點(diǎn)擊Processing中的運(yùn)行按鈕之前，請(qǐng)確保Arduino IDE的串行監(jiān)視器是關(guān)閉?，F(xiàn)在，單擊處理IDE中的運(yùn)行按鈕。您將獲得一個(gè)具有類似結(jié)構(gòu)的平面的窗口。在對(duì)MPU6050進(jìn)行3D建模之前等待10秒。

通過(guò)屏幕上的3D對(duì)象可以看到MPU6050的移動(dòng)。