在Arduino项目中添加加速度传感器支持

风筝

如果你是第二次世界大战（WWII ）的飞机或那个时代的其他类似机器的粉丝，就会发现陀螺仪的用处。在当时，M-7陀螺仪是现代技术的奇迹，但它个头比较大。这些陀螺仪的尺寸大小与内燃机类似。

70多年后，这些设备经历了令人难以置信的小型化。你会发现陀螺仪、加速度计，甚至是内置在单个芯片中的温度传感器 - 称为惯性测量单元（IMU） - 甚至比你的指甲还要小。这其中一个非常受欢迎的加速度计是InvenSense的MPU-6050，您可以同扩展板一同购买，以及需要使用的所有组件，大约一美元。

该芯片使用微机电系统（MEMS）技术根据外力改变内部电容值。虽然其内部工作非常吸引人，但芯片可以接收所有传感数据。将它产生的值输入到Arduino开发板或您选择的任何其他计算系统。更加方便的是，芯片以I2C格式输出这些数据，允许它使用两条线和一个中断引脚来检测：

●    加速数据

●    陀螺仪数据

●    温度数据

Arduino开发板连接加速度计

在本篇文章中，我们将使用带有MPU-6050芯片的GY-521模块，将数据传输到Arduino Uno开发板。各种开发板和计算系统都与I2C标准兼容，因此即使您使用不同的特定引脚和库，您也应该能够在许多情况下应用这些概念。

首先，我们将根据以下方式连接GY-521板：

●    VCC：+ 5V

●    GND：GND

●    SCL：A5

●    SDA：A4

●    XDA：未连接

●    XCL：未连接

●    AD0：GND

●    INT：DIO 2

我们还在SCL和地之间连接了一个4.7kΩ电阻，在SDA和地之间连接了另一个电阻。您可以找到不使用外部电阻的示例，因此对于每个应用可能都不需要。

原始数据

以下是获取原始数据的基本步骤：

1.   连接完所有内容后，在Arduino开发板上加载“Short Example Sketch”。

2.    打开串行监视器并将其设置为9600波特率。

然后，您将看到以下值：

●    AcX：X方向的加速度计读数

●    AcY：加速度计在Y方向读数

●    AcZ：Z方向的加速度计读数

●    Tmp：温度读数

●    GyX：关于X轴的陀螺仪读数

●    GyY：关于Y轴的陀螺仪读数

●    GyZ：关于Z轴的陀螺仪读数

我们在下面的草图中说明了这些轴及其方向。每个值都应在设备移动时响应。当芯片上的字朝上放置时，Z轴将读为正，表示重力方向。如果X轴或Y轴朝上，它们将产生类似的读数。每个轴的曲线将指示滚动值。

关于滚动方向的注释：它遵循我们在物理学中遇到的“右手规则”。如果右拇指指向与轴相同的方向，则手指将沿正旋转方向弯曲。

传感器融合

您可以在许多应用程序中使用这些原始值，但MPU-6050还有另一个技巧：数字运动处理器（DMP）。该处理器可以融合加速度计和陀螺仪值，以获得更高的精度。

InvenSense在很大程度上对如何使用这些数据表示不满，但Jeff Rowberg广泛的I2C设备库（i2cdevlib）可以利用DMP的功能，使用巧妙的逆向工程工作。根据Rowberg的说法，此时代码需要一些更新，但他使用MPU6050库和附带的MPU6050_DMP6示例代码来生成偏航、俯仰和滚动的值。您还可以取消注释代码中的多个选项，以根据需要生成不同的输出。

加载代码后，请按照下列步骤操作：

1.    打开串行监视器，确保将其设置为115200波特。

2.    输入一个字符。

你会看到输出被列为偏航、俯仰和滚转的“ypr”，芯片上的X方向对应于飞机的前部。滚动和偏航的方向与您对我们之前讨论的原始值的预期方向相同。当理论飞机的机头指向下方时，俯仰会减小，但当机头指向上方时，其俯仰值会增加。用这种方式表达事物在飞行环境中是有意义的；告诉你“减少你的俯仰角”起飞的教练肯定会引起混乱 - 或者更糟。

无论您是制造模型飞机，还是设计新的游戏控制器，或者您只是想确保您的手机能够正常自动旋转，微型IMU芯片都可以实现这一切。凭借其低成本和预先编写的Arduino库，定制应用程序只需插入一些导线和编写代码即可。