Ako používať modul GY-521 s Arduino: Kompletný sprievodca

El modul GY-521 Je to komponent široko používaný v projektoch, ktoré zahŕňajú meranie pohybu a orientácie, vďaka tomu, že integruje akcelerometer a gyroskop do jedného zariadenia. Tento komponent je všestranný a možno ho použiť v projektoch s vývojovými platformami ako je Arduino, pričom poskytuje dôležité údaje o zrýchlení v troch osiach a uhlovej rýchlosti.

Tento článok vám poskytne všetky informácie, ktoré potrebujete na pochopenie a prácu s GY-521, od jeho najtechnickejších funkcií až po príklady kódu, ktoré môžete implementovať pomocou Arduina. Tiež uvidíme, ako sa dá tento modul pripojiť k Arduinu a aký typ dát je možné extrahovať a použiť vo vašich projektoch.

Čo je GY-521 a ako funguje?

Modul GY-521 je založený na snímači MPU-6050, čipe, ktorý kombinuje trojosový akcelerometer s trojosovým gyroskopom. To znamená, že GY-521 dokáže merať zrýchlenie aj uhlovú rýchlosť vo všetkých troch osiach (X, Y a Z).

Akcelerometer Meria zrýchlenie v troch smeroch, čo zahŕňa ako zrýchlenie spôsobené pohybom, tak zrýchlenie spôsobené gravitáciou. To znamená, že dokáže zistiť uhol, pod ktorým je zariadenie naklonené vzhľadom na Zem.

Gyroskop, zase meria uhlovú alebo rotačnú rýchlosť v troch osiach. Môžete tak zistiť, ako rýchlo sa niečo točí a akým smerom.

Technické vlastnosti GY-521

GY-521 vyniká nielen integráciou akcelerometra a gyroskopu, ale aj radom technických funkcií, vďaka ktorým je ideálny pre robotické projekty, drony a iné systémy, ktoré vyžadujú presné meranie pohybu.

Prevádzkové napätie: Môže byť napájaný 3.3V aj 5V, vďaka tomu, že obsahuje regulátor napätia v samotnom module.
I2C pripojenie: Tento modul komunikuje s Arduinom alebo akoukoľvek inou platformou pomocou zbernice I2C, čo uľahčuje pripojenie a ovládanie zariadenia.
Rozsah merania akcelerometra: Akcelerometer dokáže merať v nastaviteľnom rozsahu od ± 2 g do ± 16 g, čo vám umožňuje nastaviť presnosť podľa potrieb projektu.
Rozsah merania gyroskopu: Rovnako ako akcelerometer, aj gyroskop má rôzne nastaviteľné rozsahy, konkrétne ±250, ±500, ±1000 alebo ±2000 stupňov za sekundu.

Okrem týchto funkcií má GY-521 a Digitálny analógový prevodník (CAD) 16 bitov, čo zaisťuje vysokú presnosť pri konverzii analógových signálov zo senzorov na digitálne dáta, ktoré môže spracovať vaše Arduino.

Prepojenie GY-521 s Arduino

Pripojenie modulu GY-521 k Arduinu je veľmi jednoduché vďaka rozhraniu I2C. On I2C autobus Používa dva kolíky: jeden pre dátový signál (SDA) a druhý pre hodinový signál (SCL).

Na pripojenie GY-521 k doske Arduino UNO:

Pripojte kolík VCC z modulu na 5V pin Arduina.
Pripojte kolík GND z modulu na pin Arduino GND.
Pripojte kolík SCL na kolík A5 Arduina.
Pripojte kolík SDA na kolík A4 Arduina.

Po pripojení GY-521 k Arduinu môžete nahrať jednoduchý príklad kódu a začať čítať údaje z akcelerometra a gyroskopu.

Príklad kódu na čítanie údajov z GY-521 s Arduino

Nižšie vám ukážeme základný príklad kódu na spustenie čítania údajov z akcelerometra a gyroskopu. Knižnica je používaná drôt.h ktorý uľahčuje komunikáciu s I2C zariadeniami, ako je GY-521.

#include 

const int MPU = 0x68; // Dirección I2C del MPU-6050.
int16_t accelerometer_x, accelerometer_y, accelerometer_z;
int16_t gyro_x, gyro_y, gyro_z;
int16_t temperature;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Wire.begin();
  Wire.beginTransmission(MPU);
  Wire.write(0x6B); // Registro de gestión de energía del MPU6050.
  Wire.write(0); // Coloca a cero para activar el sensor.
  Wire.endTransmission(true);
}

void loop() {
  Wire.beginTransmission(MPU);
  Wire.write(0x3B); // Comienza a leer desde el registro 0x3B (datos de aceleración).
  Wire.endTransmission(false);
  Wire.requestFrom(MPU, 14, true); // Solicita 14 registros del sensor.

  // Leer datos de aceleración:
  accelerometer_x = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  accelerometer_y = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  accelerometer_z = Wire.read() << 8 | Wire.read();

  // Leer datos de giroscopio:
  gyro_x = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  gyro_y = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  gyro_z = Wire.read() << 8 | Wire.read();

  Serial.print("Acc: X="); Serial.print(accelerometer_x);
  Serial.print(" | Y="); Serial.print(accelerometer_y);
  Serial.print(" | Z="); Serial.println(accelerometer_z);
  Serial.print("Gyro: X="); Serial.print(gyro_x);
  Serial.print(" | Y="); Serial.print(gyro_y);
  Serial.print(" | Z="); Serial.println(gyro_z);
  delay(500);
}

Tento základný kód načíta údaje o zrýchlení a rotácii na všetkých troch osiach a zobrazí hodnoty na sériovom monitore Arduino.

Nastavenie mierky a citlivosti

GY-521 umožňuje upravte mierku a citlivosť akcelerometra aj gyroskopu, čo je užitočné, ak chcete získať presnejšie merania alebo pri projektoch, pri ktorých očakávate, že zaznamenáte prudšie pohyby.

Ak chcete zmeniť mierku gyroskopu a akcelerometra, musíte upraviť špecifické registre MPU-6050. Postup:

Stupnica akcelerometra: Rozsah môžete nastaviť na ±2g, ±4g, ±8g alebo ±16g registráciou ACCEL_CONFIG. V závislosti od hodnoty zapísanej do tohto registra sa priradí požadovaný rozsah.
Gyroskopická stupnica: Pre gyroskop je možné nastaviť rozsah medzi ±250, ±500, ±1000 a ±2000 stupňov za sekundu registráciou GYRO_CONFIG.

Vykonaním týchto zmien senzor zmení svoju citlivosť, čo vám umožní získať presnejšie údaje alebo detekovať širší rozsah pohybu.

Filtrovanie údajov: Doplnkový filter

Jednou z výziev pri práci so senzormi, ako je GY-521, je to, že údaje zrýchlenia a gyroskopu majú často určitú úroveň šumu. Na zlepšenie kvality údajov môžete použiť a doplnkový filter ktorý kombinuje oba senzory, aby sa získal presnejší odhad orientácie zariadenia.

Doplnkový filter využíva údaje gyroskopu na meranie rýchlych zmien orientácie, zatiaľ čo údaje z akcelerometra sa používajú na korekciu posunu a získanie stabilnejšieho dlhodobého merania.

Aplikácie GY-521

Vďaka svojej schopnosti merať zrýchlenie a uhlovú rýchlosť sa GY-521 používa v širokej škále projektov a aplikácií. Niektoré z najbežnejších zahŕňajú:

Riadiace systémy dronov: Informácie poskytované akcelerometrom a gyroskopom sú kľúčové pre udržanie stability počas letu.
Robotické: Niektoré roboty používajú údaje o zrýchlení a rotácii na pohyb a zisťovanie zmien vo svojom prostredí.
Prenosné zariadenia: Senzory ako GY-521 sa používajú v zariadeniach, ako sú fitness náramky alebo inteligentné hodinky, na meranie pohybu používateľa.

Toto je len niekoľko príkladov, ale aplikácie sú skutočne neobmedzené, pokiaľ ide o meranie a interpretáciu údajov o pohybe a orientácii.

Záver: Prečo by ste si mali zvoliť GY-521 pre svoje projekty

GY-521 s integráciou akcelerometra a gyroskopu na jednom čipe je výkonným a všestranným nástrojom pre akýkoľvek elektronický projekt. Keďže je kompatibilný s Arduino a má rozhranie I2C, je skutočne ľahké ho integrovať do akéhokoľvek systému. Navyše, jeho nastaviteľnosť z hľadiska citlivosti a skutočnosť, že ho možno implementovať v rôznych robotikách, riadení pohybu a ďalších projektoch, z neho robí ideálnu voľbu pre každého výrobcu alebo inžiniera v školeniach.

Ak hľadáte spoľahlivý, ľahko použiteľný senzor s viacerými aplikáciami, GY-521 by určite mal byť na vašom zozname komponentov, ktoré musíte mať.

Hardwarelibre