开始使用Arduino和MPU6050

在这个项目中，我将向您展示MPU6050传感器是如何工作的，以及如何将Arduino与MPU6050连接。我们将连接一个MPU-6050断接板与Arduino UNO，并从加速度计和陀螺仪读取值。

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在进入项目之前，您需要了解MPU6050传感器的一些基本知识。MPU-6050是一种IMU传感器，在单个芯片上包含一个MEMS(微机电系统)加速度计和MEMS陀螺仪。

这里的IMU传感器，IMU代表惯性测量单元，是一种使用加速度计测量比力，使用陀螺仪测量角速率，使用磁强计测量磁场的设备。

IMU传感器用于自平衡机器人、飞机、手机、平板电脑、航天器、卫星、无人机、无人机等，用于制导、位置检测、方向检测、运动跟踪和飞行控制。

两种常用的imu是ADXL 335 Accelerometer和MPU-6050。ADXL 335包含一个3轴加速度计。

以MPU-6050为例，它是在单芯片上结合3轴加速度计和3轴陀螺仪的6轴运动跟踪装置。我们将在下一节中了解关于MPU6050的更多细节。

介绍MPU6050传感器

MPU-6050是InvenSense开发的六轴运动跟踪装置。MPU6050的主要特性如下所示。

• 三轴加速度计
• 三轴陀螺仪
• 数字输出温度传感器
• 6个16位ADC(3个用于加速计，3个用于陀螺)
• 综合数字运动处理器(DMP)
• 1024 b FIFO缓冲

六轴MPU-6050有时被称为6自由度(6个自由度)设备，因为它提供6个输出值(3个来自加速度计，3个来自陀螺)。主控板-6050支持I2C协议通信。

数字运动处理器(DMP)是一种嵌入式处理器，通过从加速度计、陀螺仪和外部磁强计获取和处理数据，可以减少来自主机处理器的计算负载，就像Arduino一样。

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MPU6050与Arduino接口

如前所述，MPU6050只支持I2C通信因此，它必须只连接到Arduino的I2C引脚。Arduino的I2C引脚与模拟输入引脚A4和A5进行复用，即A4为SDA, A5为SCL。

对于MPU6050，我们使用了一个普通的断线板，提供了8个引脚。上图是MPU6050断接板的示意图。

在这里，我们将使用SCL, SDA和INT引脚连接Arduino。

组件的要求

硬件

• Arduino UNO [在这里买］
• MPU6050突破董事会
• 连接电线

软件

• Arduino IDE
• 处理(用于3D可视化)

线路图

下图为MPU6050与Arduino UNO接口的电路图。如前所述，MPU6050与Arduino之间的接口必须采用I2C协议实现。

因此，Arduino (A5)的SCL Pin连接到MPU6050的SCL Pin上。同理，Arduino (A4)的SDA Pin与MPU6050单板的SDA Pin相连。

此外，当1024字节FIFO缓冲区满时，我们将使用MPU6050的中断功能来指示(或中断)Arduino。因此，将MPU6050的INT引脚连接到Arduino UNO的外部中断0 (INT0)引脚上，即引脚2。

注意:在I2C通信中，MPU-6050一直充当从机的角色。

从MPU6050读取原始值

在上传实际的程序之前，我们将首先看到一个简单的程序，从加速度计，陀螺仪和温度传感器读取原始值。只需将MPU6050的SCL线和SDA线分别连接到Arduino对应的I2C pin (A4和A5)上，然后上传如下代码。

如果您打开串行终端，您将从加速计和陀螺仪获得原始值，并从温度传感器获得校准温度。数据大概是这样的。

正如您所看到的，从MPU6050传感器读取原始值很容易，但是这个数据，我们需要对这个数据执行额外的计算，以获得偏航，俯仰和横摇。

我已经提到过，在MPU6050传感器中，有一个特殊的处理器称为DMP或数字运动处理器，它嵌入到与加速计和陀螺相同的芯片上。这种DMP的用途是，它可以用固件编程，对来自传感器的数据执行复杂的计算。

但英维信方面没有关于DMP的明确文档，因此我们错过了直接在芯片上对传感器数据进行快速计算的机会。

Jeff Rowberg等人在从I2C信号分析中逆向工程DMP相关信息方面做了出色的工作。

上传代码到Arduino，测试MPU6050

在上传代码之前，我们需要下载Arduino的两个库。分别是I2Cdev和MPU6050。下载链接和官方GitHub链接如下所示。

I2Cdev:下载I2CDEV库或者访问GitHub链接

MPU6050:下载MPU6050库或者访问GitHub链接

下载MPU6050库，并通过解压缩下载的文件解压内容。您将得到一个名为“MPU6050”的文件夹。复制此文件夹并粘贴到Arduino的libraries文件夹中。

在我的情况下，它位于“C:\Program Files (x86)\Arduino\libraries”。对I2Cdev库做同样的事情。

如果一切正常，打开Arduino IDE，在以下路径中浏览:File -> Examples -> MPU6050 -> Examples -> MPU6050_DMP6，打开样例代码MPU6050_DMP6。

将此代码上传到Arduino(假设您已经按照电路图进行了连接)，一旦代码上传到Arduino，打开串行终端。

将串口终端的波特率设置为115200，您将看到以下文本。

”初始化DMP……

初始化I2C设备……

测试设备连接…

MPU6050连接成功

发送任意字符开始DMP编程和演示:”

如果你没有得到任何数据或仍然得到垃圾数据，只需重置Arduino。如果你看最后一句，它说“发送任何字符开始DMP编程和演示”。所以，在串行显示器上输入任何字符，比如1或a，然后发送。一旦您按下回车键，您就可以开始在串行显示器上看到偏航、俯仰和滚转(ypr)值。

注意:在此期间，请将MPU6050放置在稳定的水平面上。另外，等待10秒，让MPU6050的值稳定下来。

基于Arduino和MPU6050接口值的三维建模处理

在项目的下一步中，我们将研究使用Processing IDE对MPU6050传感器进行3D建模，在那里您可以查看来自传感器的数据的3D表示。Processing是一种为电子艺术和视觉设计而开发的编程语言和集成开发环境。事实上，Arduino IDE也是基于Processing的编程语言。

要下载Processing IDE，请访问这里链接．使用给定的链接下载和安装Processing IDE。

下载并安装Processing IDE之后(只需从下载的zip文件中解压内容)，您需要为Processing下载一个名为“Toxi”的库。您可以从这里下载Toxi库链接．

我选择了"毒物检测-完整-0020 "文件。下载此文件后，将内容解压缩到名为“toxiclib -complete-0020”的文件夹中。

复制此文件夹并将其粘贴到Processing的libraries文件夹中。在我的例子中，它是“C:\Users\Ravi\Documents\Processing\libraries”。

复制文件夹后，现在就可以进行3D建模了。首先，您需要上传之前的Arduino代码(MPU6050_DMP6)，并进行少量修改。

在Arduino IDE中打开MPU6050_DMP6(我们之前上传的示例程序)。向下滚动到表示以下内容的行。

通过在该行前面添加双正斜杠来注释该行。

另外，找到这一行/ / #定义OUTPUT_TEAPOT并通过删除双正斜杠取消注释。现在，可以上传代码了。我们在代码中修改的是，我们不是将数据发送到串行终端，而是将其转发到Processing IDE。

现在，打开Processing IDE并单击File -> open。现在，导航到为Arduino安装MPU6050库的文件夹。打开名称为“MPUTeapot”的Processing示例。

在我的例子中，这个例子的位置是C:\Program Files (x86)\Arduino\libraries\MPU6050\Examples\ MPU6050_DMP6\Processing\MPUTeapot。

该程序提供了自动选择Arduino连接到的端口号的功能。与此相关的代码行是

另外一种指定Arduino端口号的方法是手动输入COM端口号。为此，注释上面的行，取消注释下面的行，并用Arduino连接到的适当的COM端口号替换COM端口号。

在点击Processing中的run按钮之前，请确保Arduino IDE的Serial Monitor处于关闭状态。现在，在处理IDE中单击运行按钮。你会得到一个平面结构的窗户。等待10s后，再对MPU6050进行3D建模。

通过屏幕上的3D对象可以看到MPU6050所做的动作。