MPU6050 加速度计和陀螺仪传感器与 Arduino 连接

前言
MPU6050 模块引脚
MPU6050 模块组成
MPU6050陀螺仪传感器模块电路图
MPU6050模块如何工作？
MEMS加速度计如何工作？
MEMS陀螺仪如何工作？
常见问题
Arduino MPU6050 加速度计和陀螺仪传感器模块接口电路图
Arduino MPU6050 模块代码
MPU6050 连接Arduino 测试
Arduino代码

前言

MPU6050是一款非常流行的加速度计陀螺仪芯片，具有六轴感应和 16 位测量分辨率。这种意义上的高精度和低廉的成本使其在 DIY 社区中非常受欢迎。甚至许多商业产品都配备了 MPU6050。陀螺仪和加速度计的组合通常被称为惯性测量单元或 IMU。

IMU 传感器用于各种应用，例如手机、平板电脑、卫星、航天器、无人机、无人机、机器人等。它们用于运动跟踪、方向和位置检测、飞行控制等。

MPU6050 模块引脚

MPU6050 模块共有 8 个引脚。其中至少需要 4 个引脚用于连接。MPU6050模块的管脚如下：
VCC==》为模块提供电源，连接到Arduino的5V引脚。

GND==》连接到 Arduino 的接地引脚。

SCL==》串行时钟用于为 I2C 通信提供时钟脉冲。

SDA==》串行数据用于通过 I2C 通信传输数据。

XDA==》辅助串行数据 - 可用于将其他 I2C 模块与 MPU6050 连接。

XCL==》辅助串行时钟 - 可用于将其他 I2C 模块与 MPU6050 连接。

ADD==》如果使用多个 MPU6050 模块，地址选择引脚。

INT==》中断引脚指示数据可供 MCU 读取。

MPU6050 模块组成

MPU6050 模块由 TDK InvenSense 的 MPU6050 IMU 芯片组成。它采用 24 引脚 QFN 封装，尺寸为 4mm x 4mm x 0.9mm。该模块的组件数量非常少，包括一个 AP2112K 3.3V 稳压器、I2C 上拉电阻和旁路电容。还有一个电源指示灯，指示模块的电源状态。

MPU6050陀螺仪传感器模块电路图

MPU6050模块原理图如下。如前所述，该板的组件数量非常少。功率部分围绕AP2112K-3.3稳压器设计。钽电容器和多层电容器提供了足够的滤波。带有限流电阻的 LED 用作电源指示灯。
MPU6050 电路非常简单。它由 MPU6050 芯片本身以及旁路电容和上拉电阻组成。

MPU6050模块如何工作？

MPU6050 是一种微机电系统 (MEMS)，内部包含一个 3 轴加速度计和 3 轴陀螺仪。这有助于我们测量系统或物体的加速度、速度、方向、位移和许多其他与运动相关的参数。该模块内部还有一个 (DMP) 数字运动处理器，该处理器功能强大，可以执行复杂的计算，从而腾出微控制器的工作量。
该模块还有两个辅助引脚，可用于连接外部 IIC 模块，如磁力计，但它是可选的。由于模块的 IIC 地址是可配置的，因此可以使用 AD0 引脚将多个 MPU6050 传感器连接到微控制器。该模块还提供了有据可查和修订的库，因此它很容易与 Arduino 等著名平台一起使用。因此，如果您正在寻找一种传感器来控制您的遥控车、无人机、自平衡机器人、人形机器人、Biped 或类似设备的运动，那么该传感器可能是您的正确选择。

MEMS加速度计如何工作？

MEMS 加速度计用于需要测量线性运动（运动、冲击或振动）但没有固定基准的地方。它们测量它们所附着的任何物体的线性加速度。所有加速度计的工作原理都是弹簧上的质量，当它们附着的物体加速时，质量由于其惯性而想要保持静止，因此弹簧被拉伸或压缩，产生一个被检测到并对应的力施加的加速度。

在 MEMS 加速度计中，两个正交轴上的精确线性加速度检测是通过一对由弹簧“防护”质量形成的硅 MEMS 检测器实现的。每个质量块提供由交错的指状结构阵列形成的可变电容的移动板。当传感器沿其敏感轴受到线性加速度时，检测质量由于其惯性而趋于抵抗运动，因此质量及其指相对于固定电极指发生位移。手指之间的气体提供阻尼效果。这种位移会在移动和固定硅指之间产生一个差分电容，该电容与施加的加速度成正比。使用高分辨率 ADC 测量电容变化，然后根据电容变化率计算加速度。然后在 MPU6050 中将其转换为可读值，然后传输到 I2C 主设备。

MEMS陀螺仪如何工作？

MEMS 陀螺仪的工作基于科里奥利效应。科里奥利效应指出，当质量块以一定速度沿特定方向移动并对其施加外部角运动时，会产生力并导致质量块发生垂直位移。产生的力称为科里奥利力，这种现象称为科里奥利效应。位移速率将与所施加的角运动直接相关。

MEMS 陀螺仪包含一组四个质量块，并保持连续振荡运动。当施加角运动时，科里奥利效应会导致质量之间的电容发生变化，具体取决于角运动的轴。感测电容的这种变化，然后将其转换为读数。这是一个小动画，显示了这些质量块在应用不同轴的角运动时的运动。

常见问题

问：什么是 MPU6050？

MPU6050 是一个惯性测量单元或 IMU，具有三轴加速度计、三轴陀螺仪、数字运动处理器 (DMP) 和 16 位 ARC。

Q. MPU6050 采用什么技术？

MPU6050 是围绕微机电技术构建的，也称为 MEM。

Q. MPU6050可以倾斜测量角度吗？

是的，我们可以用 MPU6050 测量倾斜角度。

Arduino MPU6050 加速度计和陀螺仪传感器模块接口电路图

下图显示了 MPU6050 与 Arduino 接口的电路图。MPU6050 使用 I2C 模块进行通信。由于 I2C 引脚可承受 5V 电压，因此我们可以将它们与 Arduino 一起使用，而无需任何电平转换器。SCL 引脚连接到 Arduino 的 SCL 引脚 (A5)。同样，SDA 引脚连接到 Arduino 的 SDA 引脚（A4）。

Arduino MPU6050 模块代码

在本例中，我们将从 MPU6050 模块读取加速度计、陀螺仪和温度数据，并将其打印到串行监视器上。首先，我们需要安装必要的库。要安装库，请在 Arduino IDE 中打开库管理器。然后搜索并安装以下库：Adafruit MPU6050 库、Adafruit Unified Sensor Library和Adafruit Bus IO Library。完成后，创建一个新草图并将代码粘贴到其中。然后编译并上传到Arduino。上传后，打开串行监视器，读数将显示在那里。

在开始时，我们已经包含了 Adafruit MPU6050 库、Adafruit Sensor 库和 wire 库，它们是与 MPU6050 通信和获取读数所必需的。然后我们创建了一个名为 mpu 的新实例，它将用于从 MPU6050 IMU 获取读数。

#include <Adafruit_MPU6050.h>
#include <Adafruit_Sensor.h>
#include <Wire.h>
Adafruit_MPU6050 mpu;

在setup函数中，我们已经初始化了串口通信和 MPU6050 IMU。然后设置加速度计范围、陀螺仪范围和滤波器带宽参数。量程参数会影响读数的准确性。因此，如果需要，可以根据库值更改这些值。setFilterBandwidth 参数将改变低通滤波器的带宽。

void setup(void) {Serial.begin(115200);// Initializethe MPU6050 IMUif (!mpu.begin()) {Serial.println("Failed to find MPU6050 chip");while (1) {delay(10);}}Serial.println("MPU6050 Found!");// set accelerometer range to +-8Gmpu.setAccelerometerRange(MPU6050_RANGE_8_G);// set gyro range to +- 500 deg/smpu.setGyroRange(MPU6050_RANGE_500_DEG);// set filter bandwidth to 21 Hzmpu.setFilterBandwidth(MPU6050_BAND_21_HZ);delay(100);
}

在循环函数中，在 Adafruit 库的帮助下从 MPU6050 读取值，然后打印到串行监视器。这将每秒重复一次。

void loop() {/* Get new sensor events with the readings */sensors_event_t a, g, temp;mpu.getEvent(&a, &g, &temp);/* Print out the readings */Serial.print("Acceleration X: ");Serial.print(a.acceleration.x);Serial.print(", Y: ");Serial.print(a.acceleration.y);Serial.print(", Z: ");Serial.print(a.acceleration.z);Serial.println(" m/s^2");Serial.print("Rotation X: ");Serial.print(g.gyro.x);Serial.print(", Y: ");Serial.print(g.gyro.y);Serial.print(", Z: ");Serial.print(g.gyro.z);Serial.println(" rad/s");Serial.print("Temperature: ");Serial.print(temp.temperature);Serial.println(" degC");Serial.println("");delay(1000);
}

MPU6050 连接Arduino 测试

下面的 GIF 显示了我们如何将 MPU6050 与 Arduino 连接。您可以看到，当模块旋转时，值的变化取决于旋转轴。

Arduino代码

#include <Adafruit_MPU6050.h>
#include <Adafruit_Sensor.h>
#include <Wire.h>
Adafruit_MPU6050 mpu;
void setup(void) {Serial.begin(115200);// Try to initialize!if (!mpu.begin()) {Serial.println("Failed to find MPU6050 chip");while (1) {delay(10);}}Serial.println("MPU6050 Found!");// set accelerometer range to +-8Gmpu.setAccelerometerRange(MPU6050_RANGE_8_G);// set gyro range to +- 500 deg/smpu.setGyroRange(MPU6050_RANGE_500_DEG);// set filter bandwidth to 21 Hzmpu.setFilterBandwidth(MPU6050_BAND_21_HZ);delay(100);
}
void loop() {/* Get new sensor events with the readings */sensors_event_t a, g, temp;mpu.getEvent(&a, &g, &temp);/* Print out the readings */Serial.print("Acceleration X: ");Serial.print(a.acceleration.x);Serial.print(", Y: ");Serial.print(a.acceleration.y);Serial.print(", Z: ");Serial.print(a.acceleration.z);Serial.println(" m/s^2");Serial.print("Rotation X: ");Serial.print(g.gyro.x);Serial.print(", Y: ");Serial.print(g.gyro.y);Serial.print(", Z: ");Serial.print(g.gyro.z);Serial.println(" rad/s");Serial.print("Temperature: ");Serial.print(temp.temperature);Serial.println(" degC");Serial.println("");delay(1000);
}