标签mpu6050

    之前曾尝试如何获取陀螺仪的数据，文章地址：https://www.shumeijiang.com/2021/11/09/陀螺仪模块实验-获取欧拉角.html；今天则尝试给陀螺仪加上两个轮子组装成一个二轮小车；然后利用陀螺仪数据使之保持平衡。组装小车中使用到树莓派Zero，直流电机驱动板L298N，以及可显降压升高模块。

接线示例：

实现原理：
1、获取陀螺仪Roll数据（根据陀螺仪安装方向而定）；
2、定义一个平衡区间，然后对比陀螺仪的值是否在区间内；
3、当数值小于左侧边界时，小车向左移动来保持平衡；
4、当数值大于右侧边界时，小车向右移动来保持平衡；
5、当在区间内时，小车停止驱动。

代码示例：

#!/usr/bin/env python

#coding:utf-8



'''

from JiuJiang

树莓酱的操作实例

https:://www.shumeijiang.com

'''



from mpu6050 import mpu6050

#import threading

import time

import MPU6050filter

import RPi.GPIO as GPIO ##引入GPIO模块



motorA1 = 17   ##定义电机A的IN1引脚

motorA2 = 18   ##定义电机A的IN2引脚

enA = 21 #引脚21接ENA，调速电机A



GPIO.setmode(GPIO.BCM)  ##此处采用BCM编码

GPIO.setup(motorA1, GPIO.OUT)  ##设置引脚为输出模式

GPIO.setup(motorA2, GPIO.OUT)

GPIO.setup(enA, GPIO.OUT)



#初始化PWM

pwm = GPIO.PWM(enA, 40)

pwm.start(60)  ##初始化占空比



#陀螺仪数据获取

def get_mpu6050():

    sensor = mpu6050(address=0x68)

    sensor.set_gyro_range(mpu6050.ACCEL_RANGE_16G)

    sensor.set_accel_range(mpu6050.GYRO_RANGE_2000DEG)

    time.sleep(0.02)



    accel_data = sensor.get_accel_data()

    gyro_data = sensor.get_gyro_data()

    rotation = MPU6050filter.IMUupdate(accel_data['x'], accel_data['y'], accel_data['z'], gyro_data['x'], gyro_data['y'], gyro_data['z'])



    return rotation



#设置正反方向

def get_direction(direction):

        if direction == 1:

            GPIO.output(motorA1, GPIO.LOW)

            GPIO.output(motorA2, GPIO.HIGH)

        else:

            GPIO.output(motorA1, GPIO.HIGH) ##设置A1 引脚为高电平

            GPIO.output(motorA2, GPIO.LOW)  ##设置A2 引脚为低电平 如此可控制电机A正转，反之电机A反转



#根据幅度决定速度

def get_duty_cycle(val, n=1):

    val = abs(val)

    if val>10:

        val = 10

    return n*(val*6+40)



def main():

    middle = -3

    left_board = -9

    right_board = 6

    while True:

        time.sleep(0.05)

        rotation = get_mpu6050()

        roll = rotation[1]

        val = roll-middle

        print("roll is", roll)



        duty = get_duty_cycle(val, 0.6)

        if val > right_board:

            get_direction(2)

            pwm.ChangeDutyCycle(duty)

        elif val < left_board:

            get_direction(1)

            pwm.ChangeDutyCycle(duty)

        else:

            #安全区域

            pwm.ChangeDutyCycle(0)



if __name__ == '__main__':

    main()

平衡效果：

实验效果：

1、执行命令 Python jiujiang.py;
2、当小车中心失衡时，出现向左向右行走以保持平衡；
3、不过也有很多问题，当偏恒幅度过大时，小车容易出现无法保持平衡的情况；
4、由于没有经过滤波，所以小车很容易出现抖动。

视频效果：

另一个视角：

    在三维空间中，我们定义分别在三个方向存在X轴，Y轴以及X轴，当物体转动时，欧拉角用来表示围绕三个轴转动的三个角度；可以用矩阵来表示；这篇文章将实验mpu6050陀螺仪如何获取欧拉角。
    其中围绕X轴旋转定义为Pitch（俯仰角）；围绕Y轴旋转定义为Yaw（偏航角）；围绕Z轴旋转定义为Roll（翻滚角）。

    首先建立空间坐标系，根据右手坐标系法则，右手手心面向我们，然后食指向上，中指指向我们，这时候，大拇指指向为X轴，食指指向Y轴，中指指向Z轴；如下图:

借用网络图片可看到三个角度运动方向：

自制一个飞机小模型，分别展示三个动作如下：

下面将实验mpu6050陀螺仪传感器，分别执行俯仰，翻滚，偏航动作，然后获取对应的角度。

获取陀螺仪数据，我们使用现成的模块，安装需要执行以下命令：

pip install mpu6050-raspberrypi

其他安装可参考文章：https://www.shumeijiang.com/2021/10/23/陀螺仪模块实验-准备/。

实验过程：

    上面动图可见，先执行左右翻滚，可见roll数值在变化；执行前后俯仰时，pitch数值在变化；执行左右偏航时，yaw数值变化。

程序部分可参考文章： https://blog.csdn.net/weixin_38956024/article/details/94898531；

算法部分参考：https://blog.csdn.net/weixin_38956024/article/details/94757023。

    MPU6050是一款陀螺仪，它集成了3轴角速度计、3轴加速度计以及温度测量等功能；具体介绍可以网上搜索，本篇文章将介绍它如何接线以及如何通过树莓派读取数据。

    其中陀螺仪的原理是，一个旋转物体的旋转轴所指向的方向在不受外力影响时，是不会改变的；人们利用这个原理，用它来保持方向。通过I2C通信，读取轴指向的方向，将信号传送给树莓派处理。这个跟骑自行有相似之处，骑车骑的越快，车子越会沿着前进方向而不容易倾倒，因为车子有一种保持水平的力量。

    加速度是当物体在加速过程中作用在物体上的力，比如当汽车加速前进时，就有一种加速度的力，可以理解为正值；当汽车刹车时，就有一种相反方向的加速度，可以理解为负值；加速度传感器就是测量加速度的电子设备，多数加速度传感器是根据压电效应的原理在工作。

    其中I2C协议默认是关闭的，需要手工打开，可参考文章：https://www.shumeijiang.com/2019/12/08/基于命令行打开i2c协议支持/。
    还有 I2C操作可参考文章：https://www.shumeijiang.com/2020/04/14/命令行下i2c读写操作/。

    接线接好后，执行命令，可见陀螺仪模块地址：

   下篇文章将介绍如何获取数据。