DIY Arduino ไม้โปรแทรกเตอร์ดิจิตอลโดยใช้ MPU6050 ไจโรสโคป

Accelerometer และ Gyroscopic sensor คืออะไร?

accelerometerใช้ในการวัดความเร่ง มันรับรู้ทั้งการเร่งความเร็วแบบคงที่และแบบไดนามิก ตัวอย่างเช่นโทรศัพท์มือถือใช้เซ็นเซอร์วัดความเร่งเพื่อตรวจจับว่ามือถืออยู่ในโหมดแนวนอนหรือโหมดแนวตั้ง ก่อนหน้านี้เราใช้ Accelerometer กับ Arduino เพื่อสร้างโครงการมากมายเช่น:

ไจโรสโคปใช้เพื่อวัดความเร็วเชิงมุมที่ใช้แรงโน้มถ่วงของโลกเพื่อกำหนดแนวของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ ความเร็วเชิงมุมคืออัตราการเปลี่ยนตำแหน่งเชิงมุมของตัวหมุน

ตัวอย่างเช่นโทรศัพท์มือถือในปัจจุบันใช้เซ็นเซอร์วัดการหมุนวนเพื่อเล่นเกมบนมือถือตามทิศทางของโทรศัพท์มือถือ นอกจากนี้ชุดหูฟัง VR ยังใช้เซ็นเซอร์ไจโรสโคปเพื่อให้มีมุมมองในแนว 360

ดังนั้นในขณะที่มาตรความเร่งสามารถวัดความเร่งเชิงเส้นไจโรสโคปสามารถช่วยค้นหาความเร่งในการหมุนได้ เมื่อใช้เซ็นเซอร์ทั้งสองตัวเป็นโมดูลแยกกันจะเป็นการยากที่จะหาทิศทางตำแหน่งและความเร็ว แต่การรวมเซ็นเซอร์ทั้งสองตัวจะทำงานเป็นหน่วยวัดเฉื่อย (IMU) ดังนั้นในโมดูล MPU6050จึงมีเครื่องวัดความเร่งและไจโรสโคปอยู่บนแผ่น PCB เดียวเพื่อค้นหาทิศทางตำแหน่งและความเร็ว

การใช้งาน:

• ใช้ในโดรนเพื่อควบคุมทิศทาง
• หุ่นยนต์ปรับสมดุลตัวเอง
• การควบคุมแขนหุ่นยนต์
• เซ็นเซอร์เอียง
• ใช้ในโทรศัพท์มือถือเครื่องเล่นวิดีโอเกม
• หุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์
• ใช้ในเครื่องบินยานยนต์ ฯลฯ

MPU6050 Accelerometer และ Gyroscopic Sensor Module

MPU6050 เป็น Micro Electro-Mechanical Systems (MEMS) ซึ่งประกอบด้วย Accelerometer 3 แกนและ Gyroscope 3 แกนอยู่ภายใน นอกจากนี้ยังมีเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ

สามารถวัด:

• การเร่งความเร็ว
• ความเร็ว
• ปฐมนิเทศ
• การกำจัด
• อุณหภูมิ

โมดูลนี้ยังมีDigital Motion Processor (DMP) อยู่ภายในซึ่งมีประสิทธิภาพมากพอที่จะทำการคำนวณที่ซับซ้อนและทำให้งานไมโครคอนโทรลเลอร์เป็นอิสระ

โมดูลนี้ยังมีหมุดเสริมสองตัวซึ่งสามารถใช้เชื่อมต่อกับโมดูล IIC ภายนอกเช่นแมกนีโตมิเตอร์ เนื่องจากสามารถกำหนดค่าที่อยู่ IIC ของโมดูลได้จึง สามารถเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ MPU6050มากกว่าหนึ่งตัว กับไมโครคอนโทรลเลอร์โดยใช้พิน AD0

คุณสมบัติและข้อมูลจำเพาะ:

• แหล่งจ่ายไฟ: 3-5V
• การสื่อสาร: โปรโตคอล I2C
• ADC 16 บิตในตัวให้ความแม่นยำสูง
• DMP ในตัวให้พลังในการคำนวณสูง
• สามารถใช้เพื่อเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ IIC อื่น ๆ เช่น magnetometer
• ที่อยู่ IIC ที่กำหนดค่าได้
• เซ็นเซอร์อุณหภูมิในตัว

Pinout ของ MPU6050:

ก่อนหน้านี้เราใช้MPU6050 กับ Arduinoเพื่อสร้าง Self Balancing Robot และ Inclinometer

ส่วนประกอบที่จำเป็น

• Arduino UNO
• MPU6050 Gyroscope โมดูล
• จอ LCD 16x2
• โพเทนชิออมิเตอร์ 10k
• SG90- เซอร์โวมอเตอร์
• ภาพไม้โปรแทรกเตอร์

แผนภูมิวงจรรวม

แผนภาพวงจรสำหรับDIY Arduino Protractorมีดังต่อไปนี้:

การเชื่อมต่อวงจรระหว่าง Arduino UNO และ MPU6050:

การเชื่อมต่อวงจรระหว่าง Arduino UNO และเซอร์โวมอเตอร์:

การเชื่อมต่อวงจรระหว่าง Arduino UNO และ 16x2 LCD:

คำอธิบายการเขียนโปรแกรม

ตามปกติโปรแกรมที่สมบูรณ์พร้อมวิดีโอสาธิตจะได้รับในตอนท้ายของบทช่วยสอนนี้

ที่นี่เซอร์โวมอเตอร์เชื่อมต่อกับ Arduino และเพลาของมันจะถูกฉายบนภาพไม้โปรแทรกเตอร์ที่ระบุมุมของ MPU6050 ที่เอียง การเขียนโปรแกรมสำหรับบทช่วยสอนนี้ทำได้ง่าย เรามาดูรายละเอียดกัน

ขั้นแรกให้รวมไลบรารีที่จำเป็นทั้งหมด - ไลบรารีเซอร์โวมอเตอร์สำหรับการใช้เซอร์โวไลบรารี LCD สำหรับการใช้ไลบรารี LCD และ Wire สำหรับการใช้การสื่อสาร I2C

MPU6050 ใช้การสื่อสาร I2C ดังนั้นจึงต้องเชื่อมต่อกับพิน I2C ของ Arduino เท่านั้น ดังนั้นไลบรารี Wire.h จึงใช้เพื่อสร้างการสื่อสารระหว่าง Arduino UNO และ MPU6050 ก่อนหน้านี้เราได้เชื่อมต่อ MPU6050 กับ Arduino และแสดงค่าพิกัด x, y, z บนจอ LCD 16x2

# รวม # รวม # รวม

ถัดไปกำหนดพินจอแสดงผล LCD RS, E, D4, D5, D6, D7 ที่เชื่อมต่อกับ Arduino UNO

LiquidCrystal lcd (2,3,4,5,6,7);

ถัดไปมีการกำหนดที่อยู่ I2C ของ MPU6050

const int MPU_addr = 0x68;

จากนั้นเริ่มต้นวัตถุ myservo สำหรับการใช้คลาส Servo และตัวแปรสามตัวเพื่อเก็บค่าแกน X, Y และ Z

เซอร์โว myservo; int16_t axis_X, axis_Y, axis_Z;

ค่าต่ำสุดและสูงสุดถัดไปกำหนดเป็น 265 และ 402 สำหรับมุมการวัดตั้งแต่ 0 ถึง 360

int minVal = 265; int maxVal = 402;

การตั้งค่าเป็นโมฆะ ():

ในฟังก์ชัน การตั้งค่าเป็นโมฆะการ สื่อสาร I2C ครั้งแรกจะเริ่มต้นและการส่งเริ่มต้นด้วย MPU6050 พร้อมที่อยู่ 0x68

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

ใส่ MPU6050 ในโหมดสลีปโดยเขียน 0x6B จากนั้นให้ปลุกโดยเขียน 0

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

หลังจากเปิดใช้งาน MPU6050 แล้วให้สิ้นสุดการส่งข้อมูล

Wire.endTransmission (จริง);

นี่คือพิน PWM ของเซอร์โวมอเตอร์เชื่อมต่อกับ Arduino UNO พิน 9

myservo.attach (9);

ทันทีที่เราเปิดวงจร LCD จะแสดงข้อความต้อนรับและล้างหลังจาก 3 วินาที

lcd.begin (16,2); // ตั้งค่า LCD ในโหมด 16X2 lcd.print ("CIRCUIT DIGEST"); ล่าช้า (1,000); lcd.clear (); lcd.setCursor (0,0); lcd.print ("Arduino"); lcd.setCursor (0,1); lcd.print ("MPU6050"); ล่าช้า (3000); lcd.clear ();

ห่วงเป็นโมฆะ ():

อีกครั้งการสื่อสาร I2C เริ่มต้นด้วย MPU6050

Wire.beginTransmission (MPU_addr);

จากนั้นเริ่มต้นด้วย register 0x3B (ACCEL_XOUT_H)

Wire.write (0x3B);

ตอนนี้กระบวนการเริ่มต้นใหม่โดยตั้งค่าการส่งปลายทางเป็นเท็จ แต่การเชื่อมต่อทำงานอยู่

Wire.endTransmission (เท็จ);

หลังจากนั้นตอนนี้ขอข้อมูลจาก 14 รีจิสเตอร์

Wire.requestFrom (MPU_addr, 14, จริง);

ตอนนี้ค่าการลงทะเบียนแกนที่เคารพ (x, y, z) จะได้รับและเก็บไว้ในตัวแปร axis_X, axis_Y, axis_Z

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

จากนั้นแมปค่าเหล่านั้นจาก 265 ถึง 402 เป็น -90 ถึง 90 สิ่งนี้ทำได้สำหรับทั้งสามแกน

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

สูตรคำนวณค่า x ในองศา (0 ถึง 360) ได้รับด้านล่าง ที่นี่เราแปลงเฉพาะ x เนื่องจากการหมุนของเซอร์โวมอเตอร์ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของค่า x

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

ค่ามุม X ตั้งแต่ 0 ถึง 360 องศาจะถูกแปลงเป็น 0 ถึง 180

int pos = แผนที่ (x, 0,180,0,180);

จากนั้นเขียนค่ามุมเพื่อหมุนเซอร์โวบนภาพไม้โปรแทรกเตอร์และพิมพ์ค่าเหล่านั้นบนจอ LCD 16x2

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

นี่คือวิธีที่สามารถใช้ MPU6050 กับ Arduino เพื่อวัดมุมได้ รหัสและวิดีโอที่สมบูรณ์สำหรับโครงการนี้มีให้ด้านล่าง