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如何使用MPU6050和Arduino构建一个数字量角器

2023-08-19 11:25:34 | 人围观 | 评论:

　　MPU6050是一款 集成 了 IC 3 轴加速度计和 3 轴陀螺仪的 单元。它还包含一个温度传感器和一个 DCM 来执行复杂的任务。MPU6050 常用于构建无人机和其他远程机器人，如自平衡机器人。在这个项目中，我们将使用MPU6050 和 Arduino构建一个数字量角器。

　　什么是加速度计和陀螺仪传感器？

　　加速度计用于测量加速度。它实际上感应静态和动态加速度。例如，手机使用加速度传感器来感知手机处于横向模式还是纵向模式。

　　陀螺仪用于测量角速度，该角速度使用地球重力来确定运动中物体的方向。角速度是旋转体角位置的变化率。

　　例如，今天的手机使用陀螺仪传感器根据手机的方位来玩手机游戏。此外，VR 耳机使用陀螺仪传感器具有 360 度视图

　　因此，虽然加速度计可以测量线性加速度，但陀螺仪可以帮助找到旋转加速度。当使用两个传感器作为单独的模块时，很难找到方向、位置和速度。但是通过组合这两个传感器，它可以作为一个惯性测量单元（IMU）。因此，在MPU6050 模块中，加速度计和陀螺仪存在于单个 PCB 上，以查找方向、位置和速度。

　　应用：

　　用于无人机方向控制

　　自平衡机器人

　　机械臂控制

　　倾斜传感器

　　用于手机、视频游戏机

　　人形机器人

　　用于飞机、汽车等。

　　MPU6050 加速度计和陀螺仪传感器模块

pYYBAGMPEMGAdgyKAAJJS-QTJdw571.png

　　MPU6050 是一种微机电系统 （ MEMS ），内部包含一个 3 轴加速度计和 3 轴陀螺仪。它也有温度传感器。

　　它可以测量：

　　加速

　　速度

　　方向

　　移位

　　温度

　　该模块内部还有一个（DMP）数字运动处理器，其功能强大到足以执行复杂的计算，从而为微控制器腾出工作。

　　该模块还有两个辅助引脚，可用于连接外部 IIC 模块，如磁力计。由于模块的 IIC 地址是可配置的，因此可以使用 AD0 引脚将多个 MPU6050 传感器 连接到微控制器。

　　特点和规格：

　　电源：3-5V

　　通讯方式：I2C协议

　　内置 16 位 ADC 提供高精度

　　内置 DMP 提供高计算能力

　　可用于连接其他 IIC 设备，如磁力计

　　可配置的 IIC 地址

　　内置温度传感器

　　MPU6050的管脚：

pYYBAGMPEL2Acf1zAAEuIrCRFC0908.png

pYYBAGMPELmABT14AACcKJt3Z6k454.png

　　我们之前使用MPU6050 和 Arduino来构建自平衡机器人和测斜仪。

　　所需组件

　　Arduino UNO

　　MPU6050陀螺仪模块

　　16x2 液晶显示器

　　电位器 10k

　　SG90-伺服电机

　　量角器图像

　　电路原理图

　　这个DIY Arduino 量角器的电路图如下所示：

poYBAGMPELSAaHy5AAGOHDtH4AA876.png

　　Arduino UNO 和 MPU6050 之间的电路连接：

poYBAGMPELCAZfYOAAALnhqWiE4168.png

　　Arduino UNO 和伺服电机之间的电路连接：

pYYBAGMPEKyAY1w2AAAMGKjJ4Vg024.png

　　Arduino UNO 和 16x2 LCD 之间的电路连接：

pYYBAGMPEKmACj-CAAAfcZsvB3Y597.png

poYBAGMPEKWAB95RAAUzx6UZJa0299.png

　　编程说明

　　这里伺服电机与 Arduino 连接，其轴投影在量角器图像上，指示倾斜 MPU6050 的角度。

　　首先包括所有必需的库 - 用于使用伺服的伺服电机库、用于使用 LCD 的 LCD 库和用于使用 I2C 通信的 Wire 库。

　　MPU6050 使用I2C 通信，因此，它只能连接到 Arduino 的 I2C 引脚。因此，Wire.h库用于建立 Arduino UNO 和 MPU6050 之间的通信。我们之前将 MPU6050 与 Arduino 连接，并在 16x2 LCD 上显示 x、y、z 坐标值。

 

#include                
#include  
#include

 

接下来定义与 Arduino UNO 连接的 LCD 显示引脚 RS、E、D4、D5、D6、D7。

 

液晶液晶(2,3,4,5,6,7);

 

接下来定义 MPU6050 的 I2C 地址。

 

常量 int MPU_addr=0x68;

 

然后初始化myservo对象以使用 Servo 类和三个变量来存储 X、Y 和 Z 轴值。

 

伺服myservo；                
int16_t 轴_X，轴_Y，轴_Z；

 

下一个最小值和最大值设置为 265 和 402，用于测量从 0 到 360 的角度。

 

int minVal=265; 
诠释 maxVal=402；

 

无效设置（）：

在void setup函数中，首先启动 I2C 通信，并使用地址为 0x68 的 MPU6050 开始传输。

 

  Wire.begin();            
  Wire.beginTransmission(MPU_addr);

 

通过写入 0x6B 将 MPU6050 置于睡眠模式，然后通过写入 0 唤醒它

 

Wire.write(0x6B);                   
Wire.write(0);

 

使MPU6050激活后，结束传输

 

Wire.endTransmission(true);

 

此处伺服电机的 PWM 引脚与 Arduino UNO 引脚 9 相连。

 

  myservo.attach(9);

 

一旦我们给电路加电，液晶显示屏就会显示一条欢迎消息，并在 3 秒后清除它 

 

lcd.开始（16,2）；//将 LCD 设置为 16X2 模式
  lcd.print("CIRCUIT DIGEST");  
  延迟（1000）；
  lcd.clear(); 
  lcd.setCursor(0,0); 
  lcd.print("Arduino"); 
  lcd.setCursor(0,1); 
  lcd.print("MPU6050"); 
  延迟（3000）；
lcd.clear();

 

无效循环（）：

同样，I2C 通信是从 MPU6050 开始的。

 

Wire.beginTransmission(MPU_addr);

 

然后从寄存器 0x​​3B (ACCEL_XOUT_H) 开始            

 

Wire.write(0x3B);

 

现在，通过将结束传输设置为 false 重新启动该过程，但连接处于活动状态。

 

Wire.endTransmission(false);

 

之后，现在从 14 个寄存器请求数据。

 

Wire.requestFrom(MPU_addr,14,true);

 

现在获得尊重的轴寄存器值（x，y，z）并将其存储在变量axis_X，axis_Y，axis_Z中。

 

  axis_X=Wire.read()<<8|Wire.read(); 
  axis_Y=Wire.read()<<8|Wire.read(); 
  axis_Z=Wire.read()<<8|Wire.read();

 

然后将这些值从 265 映射到 402 为 -90 到 90。这对所有三个轴都完成了。 

 

    int xAng = map(axis_X,minVal,maxVal,-90,90); 
    int yAng = map(axis_Y,minVal,maxVal,-90,90); 
    int zAng = map(axis_Z,minVal,maxVal,-90,90);

 

下面给出了以度（0 到 360）为单位计算 x 值的公式。这里我们只转换 x，因为伺服电机的旋转是基于 x 值移动的。

 

x= RAD_TO_DEG * (atan2(-yAng, -zAng)+PI);

 

X 角度值，从 0 到 360 度，转换为 0 到 180。

 

int pos = map(x,0,180,0,180);

 

然后写入角度值以在量角器图像上旋转伺服并将这些值打印在 16x2 LCD 显示器上。    

 

myservo.write(pos);         
lcd.setCursor(0,0); 
lcd.print("角度"); 
lcd.setCursor(0,1); 
lcd.print(x);               
延迟（500）；
lcd.clear();

 

poYBAGMPEJqASA0SAARyXNJ3H_4542.png

#include //包含用于使用伺服的伺服电机库

#include //包含用于使用 LCD 的 LCD 库

#include //包含用于使用 I2C 的 WIre 库


液晶液晶(2,3,4,5,6,7); //定义LCD显示引脚RS,E,D4,D5,D6,D7


常量 int MPU_addr=0x68; //I2C MPU6050地址


伺服myservo；//类伺服的myservo对象


int16_t 轴_X，轴_Y，轴_Z；


int minVal=265;

诠释 maxVal=402；


双x;

双 y;

双z；


整数位置 = 0；


void setup()

{

Wire.begin(); //开始 I2C 通信

Wire.beginTransmission(MPU_addr); //使用 MPU6050 开始传输

Wire.write(0x6B); //将 MPU6050 置于睡眠模式

Wire.write(0); //将 MPU6050 置于电源模式

Wire.endTransmission(true); //结束



传输 myservo.attach(9);

//UNO lcd.begin(16,2)中的伺服 PWM 引脚为 9 ；//将 LCD 设置为 16X2 模式

lcd.print("CIRCUIT DIGEST");

延迟（1000）；

lcd.clear();

lcd.setCursor(0,0);

lcd.print("Arduino");

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("MPU6050");

延迟（2000）；

lcd.clear();

}


无效循环（）

{

Wire.beginTransmission（MPU_addr）；//开始 I2C 传输

Wire.write(0x3B); //从寄存器 0x​​3B (ACCEL_XOUT_H) 开始

Wire.endTransmission(false);

Wire.requestFrom(MPU_addr,14,true); //向MPU6050请求14个寄存器



axis_X=Wire.read()<<8|Wire.read(); //获取0x3B (ACCEL_XOUT_H) & 0x3C (ACCEL_XOUT_L)

axis_Y=Wire.read()<<8|Wire.read(); //0x3B (ACCEL_YOUT_H) & 0x3C (ACCEL_YOUT_L)

axis_Z=Wire.read()<<8|Wire.read(); //0x3B (ACCEL_ZOUT_H) & 0x3C (ACCEL_ZOUT_L)



int xAng = map(axis_X,minVal,maxVal,-90,90);

int yAng = map(axis_Y,minVal,maxVal,-90,90);

int zAng = map(axis_Z,minVal,maxVal,-90,90);


x= RAD_TO_DEG * (atan2(-yAng, -zAng)+PI); //计算度数x值的公式

int pos = map(x,0,180,0,180); // 因为 X 值是从 0 到 360 度

myservo.write(pos); // 将获得的角度 0 到 180 写入伺服

lcd.setCursor(0,0);

lcd.print("角度");

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print(x);

延迟（500）；

lcd.clear();

}
 





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