Calcular Ângulos de Inclinação do MPU6050 com Arduino Nano e Visuino

Componentes e Materiais

Componente	Quantidade
Arduino Nano R3	1
Módulo Acelerômetro e Giroscópio MPU-6050 (SparkFun Triple Axis)	1

Aplicativos e Serviços Online

• Visuino – Ambiente de Desenvolvimento Gráfico para Arduino
• Arduino IDE

Sobre o Projeto

Há um tempo publiquei um tutorial sobre como conectar o sensor MPU9250 (Acelerômetro, Giroscópio e Bússola) ao Arduino Nano e programá-lo com Visuino para enviar dados de pacote e exibi-los em Osciloscópio e Instrumentos Visuais.

O Acelerômetro envia forças de aceleração nos eixos X, Y e Z. Frequentemente, porém, precisamos converter essas forças em ângulos 3D X, Y, Z para determinar a Orientação 3D do sensor. Vários pedidos surgiram para esse tutorial, e finalmente encontrei tempo para criá-lo.

Também perguntaram como conectar e usar o MPU6050 (Acelerômetro e Giroscópio), então decidi usar este módulo no tutorial em vez do mais complexo e caro MPU9250.

Neste tutorial, mostro como é fácil conectar o MPU6050 ao Arduino Nano e programá-lo com Visuino para converter a Aceleração em Ângulo 3D X, Y, Z.

Passo 1: Componentes

• Uma placa Arduino compatível (uso Arduino Nano, mas qualquer outra serve)
• Um módulo Sensor Acelerômetro Giroscópio MPU6050
• 4 Jumpers Fêmea-Fêmea

Passo 2: Conectar o MPU6050 ao Arduino

• Conecte VCC 5V (fio vermelho), GND (fio preto), SCL (fio amarelo) e SDA (fio verde) ao Módulo MPU6050 (Imagem 1)
• Conecte a outra ponta do fio GND (preto) a um pino GND do Arduino Nano (Imagem 2)
• Conecte a outra ponta do fio VCC 5V (vermelho) ao pino 5V do Arduino Nano (Imagem 2)
• Conecte a outra ponta do fio SDA (verde) ao pino SDA / Analógico 4 do Arduino Nano (Imagem 3)
• Conecte a outra ponta do fio SCL (amarelo) ao pino SCL / Analógico 5 do Arduino Nano (Imagem 3)
• A Imagem 4 mostra a localização dos pinos GND, 5V, SDA/A4 e SCL/A5 no Arduino Nano

Passo 3: Iniciar Visuino e Selecionar o Tipo de Placa Arduino

1. Instale o Arduino IDE (versão 1.6.7 ou superior – obrigatório!) em arduino.cc.
2. Instale o Visuino em visuino.com.
3. Inicie o Visuino.
4. Clique no botão "Tools" (Ferramentas) no componente Arduino no Visuino (Imagem 1).
5. No diálogo, selecione Arduino Nano (Imagem 2).

Passo 4: No Visuino – Adicionar e Conectar Componentes MPU6050 e Aceleração-para-Ângulo

1. Na Caixa de Ferramentas, filtre por "6050" e selecione "Acelerômetro Giroscópio MPU6000/MPU6050 I2C" (Imagem 1). Arraste para a área de design (Imagem 2).
2. Filtre por "angle" e selecione "Acceleration To Angle" (Imagem 2). Arraste para a área de design (Imagem 3).
3. Clique na caixa "Out" da caixa "Acelerômetro" contendo os pinos X, Y, Z do componente AccelerometerGyroscope1 para iniciar a conexão de todos os pinos Out de uma vez (Imagem 3).
4. Mova o mouse sobre o pino de entrada "X" da caixa "In" do componente AccelerationToAngle1. O Visuino espalhará os fios automaticamente para conectar corretamente aos demais pinos (Imagem 3).
5. Conecte o pino "Out" do componente AccelerometerGyroscope1 ao pino "In" do canal I2C do componente Arduino (Imagem 4).

Passo 5: No Visuino – Adicionar Componente Pacote e 3 Elementos Analógicos Binários e Conectá-los

Para enviar todos os canais de dados pela porta serial do Arduino, usamos o componente Packet para empacotar os canais e exibi-los no Osciloscópio e Medidores no Visuino:

1. Filtre por "packet" na Caixa de Ferramentas e selecione o componente "Sine Analog Generator" (Imagem 1). Arraste para a área de design.
2. No Inspetor de Objetos, expanda a propriedade "Head Marker" (Imagem 2).
3. Clique no botão "..." (Imagem 2).
4. No editor de Bytes, digite alguns números, por exemplo 55 55 (Imagem 3).
5. Clique em OK para confirmar e fechar o editor.

Passo 6: No Visuino – Adicionar 3 Elementos Analógicos Binários ao Componente Pacote e Conectá-los

1. Clique no botão "Tools" do componente Packet1 (Imagem 1).
2. No editor "Elements", selecione o elemento "Binary Analog" e clique no botão "+" 3 vezes (Imagem 2) para adicionar 3 elementos analógicos (Imagem 3).
3. Clique na caixa "Out" da caixa "Acelerômetro" contendo os pinos do componente AccelerationToAngle1 para iniciar a conexão de todos os pinos Out de uma vez (Imagem 4).
4. Mova o mouse sobre o pino "In" do elemento "Elements.Analog(Binary)1" do componente Packet1. O Visuino conectará automaticamente aos demais pinos (Imagem 4).
5. Conecte o pino de saída "Out" do componente Packet1 ao pino de entrada "In" do canal "Serial[ 0 ]" do componente Arduino (Imagem 5).

Passo 7: Gerar, Compilar e Fazer Upload do Código Arduino

• No Visuino, pressione F9 ou clique no botão mostrado na Imagem 1 para gerar o código Arduino e abrir a Arduino IDE.
• Na Arduino IDE, clique no botão Upload para compilar e carregar o código (Imagem 2).

Passo 8: Testar e Visualizar

1. No Visuino, selecione a Porta Serial, clique no dropdown "Format:" e selecione Packet1 (Imagem 2).
2. Clique no botão "Connect" (Imagem 2).
3. Se selecionar a aba "Scope", verá o osciloscópio plotando os Ângulos X, Y, Z ao longo do tempo (Imagem 3).
4. Se selecionar a aba "Instruments", verá os Medidores mostrando a mesma informação (Imagem 4).

Veja o sensor em ação no Vídeo.

Parabéns! Você criou um projeto Visuino convertendo Aceleração em Ângulo a partir do Sensor MPU6050.

Na Imagem 5, você vê o diagrama completo do Visuino.

O projeto Visuino completo está anexado para download e abertura no Visuino: visuino.com

Código

Projeto Visuino completo (download apenas).