MPU6050 Giao Tiếp Arduino, Cảm Biến Gia Tốc + Oled + Arduino

MPU6050 giao tiếp Arduino dùng Cảm biến GY-521 6DOF IMU MPU6050 được sử dụng để đo 6 thông số: 3 trục Góc quay (Gyro), 3 trục gia tốc hướng (Accelerometer), là loại cảm biến gia tốc phổ biến nhất trên thị trường hiện nay, ví dụ và code dành cho nó rất nhiều và hầu như có trên mọi loại vi điều khiển, nếu bạn muốn mua cảm biến gia tốc để làm các mô hình như con lắc động, xe tự cân bằng, máy bay,… thì MPU6050 sẽ là sự lựa chọn tối ưu. MPU6050/GY521 dùng để đo gia tốc góc, vận tốc góc, góc quay với độ chính xác lên tới 0.01 độ, đo gia tốc, vận tốc chuyển động tịnh tiến Liên hệ làm Đồ án và Mạch điện tử Phone : 0967.551.477 Zalo    : 0967.551.477 FB      : Huỳnh Nhật Tùng Email : dientunhattung@gmail.com Địa Chỉ: 171/25 Lê Văn Thọ, P8, Gò Vấp, Tp HCM Chi tiết: Nhận làm mạch và đồ án Điện tử

Table of Contents

Toggle

• 1. Linh kiện cần thiết làm mạch cảm biến gia tốc MPU6050 giao tiếp Arduino
  • 1.1 Vi điều khiển Arduino trong mạch cảm biến gia tốc MPU6050 giao tiếp Arduino
    • a. Giới thiệu
    • Các chức năng khác
    • b. Chức năng của Arduino R3:
    • Các chức năng khác
    • c.Thông số kỹ thuật Arduino Uno R3 (Dip)
    • d. Power
    • e.Bộ nhớ
    • f. Các chân đầu vào và đầu ra
  • 1.2 Cảm biến cảm biến gia tốc MPU6050 giao tiếp Arduino
    • a. Giới thiệu MPU6050 giao tiếp Arduino
    • b. Thông số kỹ thuật 
    • c. Chức năng các chân
    • d. Ứng dụng
  • 1.4 Oled cho mạch cảm biến gia tốc MPU6050 giao tiếp Arduino
    • a. Giới thiệu
    • b. Thông số kỹ thuật
• 2. Hướng dẫn đồ án cảm biến gia tốc MPU6050 giao tiếp Arduino hiển thị Oled
  • Phần cứng
  • Phần mềm
• 3. Hoạt động của mạch cảm biến gia tốc MPU6050 giao tiếp Arduino
• 4. Cụ thể hoạt động của mạch cảm biến gia tốc MPU6050 giao tiếp Arduino
  • Ngoài ra còn nhiều Phần và các môn khác

1. Linh kiện cần thiết làm mạch cảm biến gia tốc MPU6050 giao tiếp Arduino

1.1 Vi điều khiển Arduino trong mạch cảm biến gia tốc MPU6050 giao tiếp Arduino

a. Giới thiệu

Arduino Uno R3 (Dip) có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu. Chúng chỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA. Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối).

Các chức năng khác

Arduino Uno R3 là một bảng mạch vi điều khiển nguồn mở dựa trên vi điều khiển Microchip ATmega328 được phát triển bởi Arduino.cc. Bảng mạch được trang bị các bộ chân đầu vào/ đầu ra Digital và Analog có thể giao tiếp với các bảng mạch mở rộng khác nhau. Mạch Arduino Uno thích hợp cho những bạn mới tiếp cận và đam mê về điện tử, lập trình…Dựa trên nền tảng mở do Arduino.cc cung cấp các bạn dễ dàng xây dựng cho mình một dự án nhanh nhất ( lập trình Robot, xe tự hành, điều khiển bật tắt led…). Vi xử lý có rất nhiều loại bắt đầu từ 4 bit cho đến 32 bit, vi xử lý 4 bit hiện nay không còn nhưng vi xử lý 8 bit vẫn còn mặc dù đã có vi xử lý 64 bit. Lý do sự tồn tại của vi xử lý 8 bit là phù hợp với một số yêu cầu điều khiển trong công nghiệp. Các vi xử lý 32 bit, 64 bit thường sử dụng cho các máy tính vì khối lượng dữ liệu của máy tính rất lớn nên cần các vi xử lý càng mạnh càng tốt. Các hệ thống điều khiển trong công nghiệp sử dụng các vi xử lý 8 bit hay 16 bit như hệ thống điện của xe hơi, hệ thống điều hòa, hệ thống điều khiển các dây chuyền sản xuất, …

b. Chức năng của Arduino R3:

• 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive – RX) dữ liệu TTL Serial. Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này. Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối Serial không dây. Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết
• Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite(). Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác.

Các chức năng khác

• Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK).  Ngoài các chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác.
• LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L). Khi bấm nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu. Nó được nối với chân số 13. Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng.
• Arduino Uno R3 có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V. Với chân AREF trên board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog. Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V  → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit. Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác.

c.Thông số kỹ thuật Arduino Uno R3 (Dip)

Datasheets	Atmega328
Standard Package	27
Category	Integrated Circuits (ICs)
Family	Embedded – Atmel
Series	Atmega
Packaging	Tube
Core Processor	AVR
Core Size	8-Bit
Speed	16MHz
Connectivity	I²C, SPI, UART / USART, USB
Peripherals	Brown-out Detec t/ Reset, HLVD, POR, PWM, WDT
Number of I /O	14
Program Memory Size	32KB
Program Memory Type	FLASH
EEPROM Size	1KB
RAM Size	2K
Voltage – Supply (Vcc/Vdd)	4.2 V ~ 5.5 V
Data Converters	A/D 6 x 10bit
Oscillator Type	Internal
Operating Temperature	-40°C ~ 85°C
Package / Case	28-SOIC (0.295″, 7.50mm Width)
Other Names	Atmega328

d. Power

• LED: Có 1 LED được tích hợp trên bảng mạch và được nối vào chân D13. Khi chân có giá trị mức cao (HIGH) thì LED sẽ sáng và LED tắt khi ở mức thấp (LOW).
• VIN: Chân này dùng để cấp nguồn ngoài (điện áp cấp từ 7-12VDC).
• 5V: Điện áp ra 5V (dòng điện trên mỗi chân này tối đa là 500mA).
• 3V3: Điện áp ra 3.3V (dòng điện trên mỗi chân này tối đa là 50mA).
• GND: Là chân mang điện cực âm trên board.
• IOREF: Điệp áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO và có thể đọc điện áp trên chân IOREF. Chân IOREF không dùng để làm chân cấp nguồn.

e.Bộ nhớ

Vi điều khiển ATmega328:

• 32 KB bộ nhớ Plash: trong đó bootloader chiếm 0.5KB.
• 2 KB cho SRAM: (Static Random Access Menory): giá trị các biến khai báo sẽ được lưu ở đây. Khai báo càng nhiều biến thì càng tốn nhiều bộ nhớ RAM. Khi mất nguồn dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất.
• 1 KB cho EEPROM: (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): Là nơi có thể đọc và ghi dữ liệu vào đây và không bị mất dữ liệu khi mất nguồn.

f. Các chân đầu vào và đầu ra

Trên Board Arduino Uno có 14 chân Digital được sử dụng để làm chân đầu vào và đầu ra và chúng sử dụng các hàm pinMode(), digitalWrite(), digitalRead(). Giá trị điện áp trên mỗi chân là 5V, dòng trên mỗi chân là 20mA và bên trong có điện trở kéo lên là 20-50 ohm. Dòng tối đa trên mỗi chân I/O không vượt quá 40mA để tránh trường hợp gây hỏng board mạch. Ngoài ra, một số chân Digital có chức năng đặt biệt:

• Serial: 0 (RX) và 1 (TX): Được sử dụng để nhận dữ liệu (RX) và truyền dữ liệu (TX) TTL.
• Ngắt ngoài: Chân 2 và 3.
• PWM: 3, 5, 6, 9 và 11 Cung cấp đầu ra xung PWM với độ phân giải 8 bit bằng hàm analogWrite ().
• SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Các chân này hỗ trợ giao tiếp SPI bằng thư viện SPI.
• LED: Có 1 LED được tích hợp trên bảng mạch và được nối vào chân D13. Khi chân có giá trị mức cao (HIGH) thì LED sẽ sáng và LED tắt khi ở mức thấp (LOW).
• TWI/I2C: A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác.

1.2 Cảm biến cảm biến gia tốc MPU6050 giao tiếp Arduino

a. Giới thiệu MPU6050 giao tiếp Arduino

Cảm biến GY-521 6DOF IMU MPU6050 được sử dụng để đo 6 thông số: 3 trục Góc quay (Gyro), 3 trục gia tốc hướng (Accelerometer), là loại cảm biến gia tốc phổ biến nhất trên thị trường hiện nay, ví dụ và code dành cho nó rất nhiều và hầu như có trên mọi loại vi điều khiển, nếu bạn muốn mua cảm biến gia tốc để làm các mô hình như con lắc động, xe tự cân bằng, máy bay,… thì MPU6050 sẽ là sự lựa chọn tối ưu. MPU6050/GY521 dùng để đo gia tốc góc, vận tốc góc, góc quay với độ chính xác lên tới 0.01 độ, đo gia tốc, vận tốc chuyển động tịnh tiến Module cảm biến MPU6050 có thể kết nối với vi điều khiển qua 1 trong 2 giao thức là SPI hoặc I2C.  Bên trong cảm biến tích hợp 6 trục cảm biến bao gồm con quay quy hồi 3 trục(trục X,Y và Z)  và cảm biến gia tốc 3 trục. MPU6050 còn có 1KB bộ nhớ để lưu trữ lệnh từ vi điều khiển và dữ liệu sau khi nó tính toán xong các giá trị đo được.

b. Thông số kỹ thuật 

• Điện áp sử dụng: 3~5VDC
• Điện áp giao tiếp: 3~5VDC
• Chuẩn giao tiếp: I2C
• Giá trị Gyroscopes trong khoảng: +/- 250 500 1000 2000 degree/sec
• Giá trị Acceleration trong khoảng: +/- 2g, +/- 4g, +/- 8g, +/- 16g
• Board mạch mạ vàng, linh kiện hàn tự động bằng máy chất lượng tốt nhất.
• Chip : MPU-6050 
• Giao tiếp: I2C, SPI
• Hỗ trợ AD 16 Bit

c. Chức năng các chân

VCC	5V/3V3
GND	0V
SCL	Chân SCL trong giao tiếp I2C
SDA	Chân SDA trong giao tiếp I2C
XDA	Chân dữ liệu (kết nối với cảm biến khác)
XCL	Chân xung (kết nối với cảm biến khác)
AD0	Bit0 của địa chỉ I2C
INT	Chân ngắt

d. Ứng dụng

• Các thiết bị ổn định hình ảnh, chống rung…
• Các ứng dụng bảo mật/an ninh
• Các ứng dụng điều khiển không tiếp xúc
• Các ứng dụng nhận biết chuyển động (điều khiển bằng cử chỉ,…)
• Thiết bị game, ứng dụng cầm tay
• Các thiết bị mặc trên cơ thể (sức khỏe, thể thao,…)
• Các thí nghiệm, đo lường,..

1.4 Oled cho mạch cảm biến gia tốc MPU6050 giao tiếp Arduino

a. Giới thiệu

Màn hình Oled 1.3 inch giao tiếp I2C cho khả năng hiển thị đẹp, sang trọng, rõ nét vào ban ngày và khả năng tiết kiệm năng lượng tối đa với mức chi phí phù hợp, màn hình sử dụng giao tiếp I2C cho chất lượng đường truyền ổn định và rất dễ giao tiếp chỉ với 2 chân GPIO. Màn hình OLED SH1106 với kích thước 1.3 inch, cho khả năng hiển thị hình ảnh tốt với khung hình 128×64 pixel. Ngoài ra, màn hình còn tương thích với hầu hết các vi điều khiển hiện nay thông qua giao tiếp SPI. Màn hình sử dụng driver SH1106 cùng thiết kế nhỏ gọn sẽ giúp bạn phát triển các sản phẩm DIY hoặc các ứng dụng khác một cách nhanh chóng.

Màn hình Oled chuẩn truyền I2C

Màn hình Oled chuẩn truyền SPI

b. Thông số kỹ thuật

• Điện áp sử dụng: 2.2~5.5VDC
• Công suất tiêu thụ: 0.04w
• Góc hiển thị: lớn hơn 160 độ
• Số điểm hiển thị: 128×64 điểm.
• Độ rộng màn hình: 1.3 inch.
• Màu hiển thị: Trắng / Xanh Dương.
• Giao tiếp: I2C hoặc SPI tùy loại
• Driver: SH1106
• Kích thước 1.3 inch (128x64px)
• Góc nhìn tối đa: 160°
• Nhiệt độ làm việc: -30°V đến 80°C
• Tương thích với hầu hết các board như: Arduino, ESP8266, ESP32, STM32,

Lưu ý khi dùng Oled 1.3in Hiện trên thị trường sẽ có: +  2 loại chính là 0.96in và 1.3in +  2 mã số là SH1106 và SH1306 +  2 chuẩn truyền SPI và I2C Vì thế việc lựa chọn đúng đối tượng để lập trình mới có thể hiển thị được thông tin mong muốn.

2. Hướng dẫn đồ án cảm biến gia tốc MPU6050 giao tiếp Arduino hiển thị Oled

Phần này chưa được chia sẻ.

LIÊN HỆ thông tin ở TẠI ĐÂY để được hổ trợ tốt hơn.

Phần cứng

Phần mềm

Thư viện sử dụng có sẵn trên phần mềm IDE Arduino#include <Adafruit_MPU6050.h> #include <Adafruit_SSD1306.h> #include <Adafruit_Sensor.h> Adafruit_MPU6050 mpu; Adafruit_SSD1306 display = Adafruit_SSD1306(128, 64, &Wire); void setup() { Serial.begin(115200); // while (!Serial); Serial.println("MPU6050 OLED demo"); if (!mpu.begin()) { Serial.println("Sensor init failed"); while (1) yield(); } Serial.println("Found a MPU-6050 sensor"); // SSD1306_SWITCHCAPVCC = generate display voltage from 3.3V internally if (!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)) { // Address 0x3C for 128x64 Serial.println(F("SSD1306 allocation failed")); for (;;) ; // Don't proceed, loop forever } display.display(); delay(500); // Pause for 2 seconds display.setTextSize(1); display.setTextColor(WHITE); display.setRotation(0); } void loop() { sensors_event_t a, g, temp; mpu.getEvent(&a, &g, &temp); display.clearDisplay(); display.setCursor(0, 0); Serial.print("Accelerometer "); Serial.print("X: "); Serial.print(a.acceleration.x, 1); Serial.print(" m/s^2, "); Serial.print("Y: "); Serial.print(a.acceleration.y, 1); Serial.print(" m/s^2, "); Serial.print("Z: "); Serial.print(a.acceleration.z, 1); Serial.println(" m/s^2"); display.println("Accelerometer - m/s^2"); display.print(a.acceleration.x, 1); display.print(", "); display.print(a.acceleration.y, 1); display.print(", "); display.print(a.acceleration.z, 1); display.println(""); Serial.print("Gyroscope "); Serial.print("X: "); Serial.print(g.gyro.x, 1); Serial.print(" rps, "); Serial.print("Y: "); Serial.print(g.gyro.y, 1); Serial.print(" rps, "); Serial.print("Z: "); Serial.print(g.gyro.z, 1); Serial.println(" rps"); display.println("Gyroscope - rps"); display.print(g.gyro.x, 1); display.print(", "); display.print(g.gyro.y, 1); display.print(", "); display.print(g.gyro.z, 1); display.println(""); display.display(); delay(100); }

3. Hoạt động của mạch cảm biến gia tốc MPU6050 giao tiếp Arduino

Khi cấp điện hệ thống hoạt động, vi điều khiển đưa tín hiệu ban đầu cho lcd1602 hiển thị thông tin người dùng, lúc này vi điều khiển chờ tín hiệu được gửi vào từ cảm biến gia tốc MPU6050 giao tiếp Arduino gửi vào. Khi nhận được tín hiệu vi điều khiển xử lý và gửi giá trị tọa độ trục X, Y, Z ra ngoài màn hình Oled để hiển thị giá trị theo yêu cầu đã được lập trình.

4. Cụ thể hoạt động của mạch cảm biến gia tốc MPU6050 giao tiếp Arduino

Ngoài ra còn nhiều Phần và các môn khác

Đồ án điện tử, Lập trình vi điều khiển tổng hợp File đồ án – Phần 1 Mạch điện tử, Lập trình vi điều khiển tổng hợp File đồ án – Phần 2 Thiết kế mạch điện tử, Lập trình vi điều khiển tổng hợp File đồ án – Phần 3 Vi xử lý, Lập trình vi điều khiển Pic – 8051 – Avr – Phần 4 Tổng hợp File ĐỒ ÁN Điện tử cơ bản Tổng hợp File ĐỒ ÁN Viễn thông Tổng hợp File ĐỒ ÁN PLC Tổng hợp File ĐỒ ÁN Cung cấp điện

Chúc các bạn thành công…!!!