Đlđkmt_Báo Cáo Đồ Án_Cảm Biến Góc Nghiêng Mpu 6050_Nhóm 16.Docx

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH TRUYỀN THÔNG NỐI TIẾP GIỮA PC VÀ ARDUINO SỬ DỤNG CẢM BIẾN GÓC NGHIÊNG MPU 60[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH

TRUYỀN THÔNG NỐI TIẾP GIỮA PC VÀ ARDUINO

SỬ DỤNG CẢM BIẾN GÓC NGHIÊNG MPU 6050

Giảng viên hướng dẫn: Th.S Lê Mạnh Thắng

Nhóm thực hiện: Nhóm 16

Trần Ngọc Sơn 2051050173 TD20D Đoàn Thành Đạt 2051050086 TD20A Trần Xuân Tín 2051050185 TD20D

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 08 tháng 04 năm 2023

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG 1 TÌM HIỂU VỀ CẢM BIẾN GY-521 6DOF IMU MPU6050 4

1.1 Giới thiệu về cảm biến GY-521 6DOF IMU MPU6050 4

1.2 Thông số kỹ thuật cảm biến GY-521 6DOF IMU MPU6050 4

1.3 Chức năng các chân cảm biến GY-521 6DOF IMU MPU6050 5

1.4 Ứng dụng cảm biến GY-521 6DOF IMU MPU6050 5

CHƯƠNG 2 CODE LẬP TRÌNH ARDUINO 6

2.1 Thư viện sử dụng 6

2.2 Thời gian đọc và truyền dữ liệu 6

2.3 Khung dữ liệu truyền lên máy tính 6

2.4 Code Arduino 6

CHƯƠNG 3 CODE C# VÀ GIAO DIỆN 8

3.1 Code C# lập trình 8

3.2 Giao diện Winforms 17

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ THỰC HIỆN 18

4.1 Hình ảnh thực tế 18

4.2 Kiểm chứng kết quả và đánh giá sai số 18

4.3 Video thuyết trình 19

LỜI NÓI ĐẦU

Chúng ta có thể thấy rằng cảm biến góc nghiêng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực Ví dụ như hệ thống cân bằng trong drone, thước đo góc, tripod, các mô hình trong không gian 3D, v.v Đề tài của nhóm em sẽ sử dụng cảm biến góc nghiêng MPU6050

dể khảo sát các trục X, Y, Z Xem sai số của cảm biến so với thực tế và mức độ ảnh hưởng lẫn nhau của 3 trục

CHƯƠNG 1 TÌM HIỂU VỀ CẢM BIẾN GY-521 6DOF IMU MPU6050 1.1 Giới thiệu về cảm biến GY-521 6DOF IMU MPU6050

Cảm biến GY-521 6DOF IMU MPU6050 là IC tích hợp cảm biến tích gia tốc kế

và cảm biến từ trường Nó thường được sử dụng để nhận biết 6 thông số: 3 trục Góc quay (Gyro), 3 trục gia tốc hướng (Accelerometer) Ngoài ra, từ các giá trị này, người

ta cho đi qua các bộ lọc số (AHRS Kalman, v.v) để thu được giá trị đã loại bỏ nhiễu

Hình 1 Cảm biến MPU 6050

Các giá trị này tiếp tục được dùng để xác định các giá trị thứ cấp như tốc độ dài, tọa độ không gian, 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 MPU 6050 có thể kết nối với vi điều khiển qua 1 trong 2 giao thức là SPI hoặc I2C MPU 6050 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

Cảm biến MPU 6050 không có tính năng chuyển từ tín hiệu analog sang digital Cảm biến này nhận biết các tín hiệu giá trị gia tốc góc nghiêng Sau đó, các tín hiệu này sẽ được truyền sang vi mạch chuyển đổi tín hiệu trong MPU 6050 được gọi là Digital Motion Processor (DMP) Thiết bị này tích hợp nhiều tính năng xử lý tín hiệu

và lưu trữ dữ liệu đa dạng Nó tính toán góc quay và gia tốc trong thời gian thực và truyền dữ liệu này đến vi điều khiển thông qua giao tiếp I2C hoặc SPI Các tín hiệu đi qua DMP sẽ trở thành tín hiệu chuẩn hóa (dạng analog) Khi đó, nhờ vào tính năng ADC của Arduino sẽ chuyển đổi tín hiệu từ dạng analog này sang digital

1.2 Thông số kỹ thuật cảm biến GY-521 6DOF IMU MPU6050

 Điện áp sử dụng: 3~5VDC

 Điện áp giao tiếp: 3~5VDC

 Chuẩn giao tiếp: I2C

 Giá trị góc quay (Gyroscopes):

 Trục X: từ -250 đến +250 độ/giây

 Trục Y: từ -250 đến +250 độ/giây

 Trục Z: từ -250 đến +250 độ/giây.

 Giá trị gia tốc (Acceleration):

 Trục X: từ -2g đến +2g

 Trục Y: từ -2g đến +2g

 Trục Z: từ -2g đến +2g

 Giao tiếp: I2C, SPI

 Hỗ trợ AD 16 Bit

1.3 Chức năng các chân cảm biến GY-521 6DOF IMU MPU6050

dụng cảm biến GY-521 6DOF IMU MPU6050

Đây là loại cảm biến gia tốc phổ biến nhất trên thị trường hiện nay Các ứng dụng và code dành cho nó rất nhiều và hầu như có trên mọi loại vi điều khiển MPU6050 sẽ là sự lựa chọn tối ưu cho các ứng dụng như:

 Mô hình như con lắc động

 Xe tự cân bằng

 Các thiết bị ổn định hình ảnh, chống rung

 Các ứng dụng điều khiển không tiếp xúc

 Các ứng dụng nhận biết chuyển động

 Thiết bị game, ứng dụng cầm tay

 Các thí nghiệm, đo lường

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

CHƯƠNG 2 CODE LẬP TRÌNH ARDUINO

2.1 Thư viện sử dụng

 MPU6050_tockn.h

 Thư viện của cảm biến MPU 6050

 Wire.h

 Thư viện dùng để gửi và nhận dữ liệu giữa cảm biến MPU 6050 và Arduino

2.2 Thời gian đọc và truyền dữ liệu

 Delay(200)

 Lệnh delay mỗi 200ms arduino gửi giá trị lên 1 lần

2.3 Khung dữ liệu truyền lên máy tính

 mpu6050.update()

 Lệnh update các giá trị của MPU 6050

 float x = mpu6050.getAngleX();

 float y = mpu6050.getAngleY();

 float z = mpu6050.getAngleZ();

 Dùng float để định nghĩa số thực x,y,z, bằng các giá trị trục x,y,z

 Serial.println ("X" + String(x) + "Y" + String(y) + "Z" + String(z) )

 Gửi lên pc chuỗi

2.4 Code Arduino

//include thư viện của mpu 6050

#include <MPU6050_tockn.h>

#include <Wire.h>

// thiết lập thư viện wire

void setup()

{

Serial.begin(9600);

Wire.begin();

mpu6050.begin();

mpu6050.calcGyroOffsets(false);

}

void loop()

{

// lệnh update các giá trị của mpu6050

mpu6050.update();

// dùng float để định nghĩa số thực x,y,z, bằng các giá trị trục x,y,z float x = mpu6050.getAngleX();

float y = mpu6050.getAngleY();

float z = mpu6050.getAngleZ();

// gửi lên pc chuỗi

Serial.println ("X" + String(x) + "Y" + String(y) + "Z" + String(z) ); // vidu X0Y0Z0

//lệnh delay mỗi 200ms arduino gửi giá trị lên 1 lần

delay(200);

}

CHƯƠNG 3 CODE C# VÀ GIAO DIỆN

3.1 Code C# lập trình.

using System;

using System.Collections.Generic;

using System.ComponentModel;

using System.Data;

using System.Drawing;

using System.Linq;

using System.Text;

using System.Threading.Tasks;

using System.Windows.Forms;

using System.IO.Ports;

using System.IO;

using static System.Windows.Forms.VisualStyles.VisualStyleElement; using System.Reflection.Emit;

using ZedGraph;

namespace WindowsFormsApp1

{

public partial class Form1 : Form

{

#region Form

public Form1()

{

InitializeComponent();

Control.CheckForIllegalCrossThreadCalls = false;

string[] BaudRate = {"9600"};

cbxbaud.Items.AddRange(BaudRate);

}

private void Form1_Load(object sender, EventArgs e)

{

cbxtencom.DataSource = SerialPort.GetPortNames();

cbxbaud.Text = "9600";

// khoi tao bieu do goc X

GraphPane mypanel1 = zedGraphControl1.GraphPane;

mypanel1.Title.Text = "Giá trị góc nghiêng X";

mypanel1.YAxis.Title.Text = "Giá trị ";

mypanel1.XAxis.Title.Text = "Thời gian";

// khoi tao bieu do goc Y

GraphPane mypanel2 = zedGraphControl2.GraphPane;

mypanel2.Title.Text = "Giá trị góc nghiêng Y";

mypanel2.YAxis.Title.Text = "Giá trị ";

mypanel2.XAxis.Title.Text = "Thời gian";

// khoi tao bieu do goc Z

GraphPane mypanel3 = zedGraphControl3.GraphPane;

mypanel3.Title.Text = "Giá trị góc nghiêng Z";

mypanel3.YAxis.Title.Text = "Giá trị ";

mypanel3.XAxis.Title.Text = "Thời gian";

// khoi tao bieu do 3 goc X Y Z

GraphPane mypanel4 = zedGraphControl4.GraphPane;

mypanel4.Title.Text = "Giá trị góc nghiêgn X, Y, Z";

mypanel4.YAxis.Title.Text = "Giá trị ";

mypanel4.XAxis.Title.Text = "Thời gian";

//thiet lam muc list gia tri co the chay toi da 50000 so

RollingPointPairList list1 = new RollingPointPairList(50000); RollingPointPairList list2 = new RollingPointPairList(50000); RollingPointPairList list3 = new RollingPointPairList(50000); RollingPointPairList list4 = new RollingPointPairList(50000); RollingPointPairList list5 = new RollingPointPairList(50000); RollingPointPairList list6 = new RollingPointPairList(50000);

//thiet lap duong line truc X, Y, Z add lan luot vao panel1,2,3 de hien thi tren 3 do thi X Y Z

//do thi 1 la góc X

//do thi 2 la goc y

//do thi 3 la goc z

LineItem line1 = mypanel1.AddCurve("goc X", list1, Color.Red, SymbolType.None);

LineItem line2 = mypanel2.AddCurve("goc Y", list2, Color.Blue, SymbolType.None);

LineItem line3 = mypanel3.AddCurve("goc Z", list3, Color.Black, SymbolType.None);

//thiet lap duong line x,y,Z vao do thi 4

//do thi 4 la do thi so sanh 3 goc xyz

LineItem line4 = mypanel4.AddCurve("goc X", list1, Color.Red, SymbolType.None);

LineItem line5 = mypanel4.AddCurve("goc Y", list2, Color.Blue, SymbolType.None);

LineItem line6 = mypanel4.AddCurve("goc Z", list3, Color.Black, SymbolType.None);

//khoang cach cach trong bieu do truc X

mypanel1.YAxis.Scale.Min = -100;

mypanel1.YAxis.Scale.Max = 100;

mypanel1.YAxis.Scale.MinorStep = 10;

mypanel1.YAxis.Scale.MajorStep = 20;

zedGraphControl1.AxisChange();

//khoang cach cach trong bieu do truc y

mypanel2.YAxis.Scale.Min = -100;

mypanel2.YAxis.Scale.Max = 100;

mypanel2.YAxis.Scale.MinorStep = 10;

mypanel2.YAxis.Scale.MajorStep = 20;

zedGraphControl2.AxisChange();

//khoang cach cach trong bieu do truc z

mypanel3.YAxis.Scale.Min = -100;

mypanel3.YAxis.Scale.Max = 100;

mypanel3.YAxis.Scale.MinorStep = 10;

mypanel3.YAxis.Scale.MajorStep = 20;

zedGraphControl3.AxisChange();

//khoang cach cach trong bieu do goc so sanh xyz

mypanel4.YAxis.Scale.Min = -100;

mypanel4.YAxis.Scale.Max = 100;

mypanel4.YAxis.Scale.MinorStep = 10;

mypanel4.YAxis.Scale.MajorStep = 20;

zedGraphControl4.AxisChange();

}

int tong = 0;

public void draw1 (double line1) // ve duong x trong bieu do goc x

{

LineItem duongline1 = zedGraphControl1.GraphPane.CurveList[0] as LineItem;

if (duongline1 == null )

{

return;

}

IPointListEdit list1 = duongline1.Points as IPointListEdit;

if (list1 == null)

{

return;

}

list1.Add(tong, line1);

zedGraphControl1.AxisChange();

zedGraphControl1.Invalidate();

tong += 2;

}

public void draw2(double line2)

{

LineItem duongline2 = zedGraphControl2.GraphPane.CurveList[0] as LineItem;

if (duongline2 == null)

{

return;

}

IPointListEdit list2 = duongline2.Points as IPointListEdit;

if (list2 == null)

{

return;

}

list2.Add(tong, line2);

zedGraphControl2.AxisChange();

zedGraphControl2.Invalidate();

tong += 2;

}

public void draw3(double line3)

{

LineItem duongline3 = zedGraphControl3.GraphPane.CurveList[0] as LineItem;

if (duongline3 == null)

{

return;

}

IPointListEdit list3 = duongline3.Points as IPointListEdit;

if (list3 == null)

{

return;

}

list3.Add(tong, line3);

zedGraphControl3.AxisChange();

zedGraphControl3.Invalidate();

tong += 2;

}

public void draw4(double line4)

{

LineItem duongline4 = zedGraphControl4.GraphPane.CurveList[0] as LineItem;

if (duongline4 == null)

{

return;

}

IPointListEdit list4 = duongline4.Points as IPointListEdit;

if (list4 == null)

{

return;

}

list4.Add(tong, line4);

zedGraphControl4.Invalidate();

tong += 2;

}

public void draw5(double line5)

{

LineItem duongline5 = zedGraphControl4.GraphPane.CurveList[1] as LineItem;

if (duongline5 == null)

{

return;

}

IPointListEdit list5 = duongline5.Points as IPointListEdit;

if (list5 == null)

{

return;

}

list5.Add(tong, line5);

zedGraphControl4.AxisChange();

zedGraphControl4.Invalidate();

tong += 2;

}

public void draw6(double line6)

{

LineItem duongline6 = zedGraphControl4.GraphPane.CurveList[2] as LineItem;

if (duongline6 == null)

{

return;

}

IPointListEdit list6 = duongline6.Points as IPointListEdit;

if (list6 == null)

{

return;

}

list6.Add(tong, line6);

zedGraphControl4.AxisChange();

zedGraphControl4.Invalidate();

tong += 2;

}

private void Form1_KeyDown(object sender, KeyEventArgs e) {

switch (e.KeyCode)

{

case Keys.Escape:

{

Close();

break;

}

}

}

#endregion

private void btnconnect_Click(object sender, EventArgs e) {

UART.PortName = cbxtencom.Text;

UART.Open();

if (UART.IsOpen)

{

MessageBox.Show("KET NOI COM THANH CONG"); }

}

private void btndisconnect_Click(object sender, EventArgs e)

{

UART.Close();

MessageBox.Show("NGAT KET NOI COM THANH CONG");

}

private void UART_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)

{

string Alldata = "";

Alldata = UART.ReadLine();// chuoi Alldata bang du lieu duoc gui len tu arduino

Alldata = Alldata.Trim();//

int len = Alldata.Length;

if (len > 0)

{

//ham gui len co gia tri X0Y0Z0

int gcX = Alldata.IndexOf('X');// ham tim vi tri chu X

int gcY = Alldata.IndexOf('Y');// ham tim vi tri chu Y

int gcZ = Alldata.IndexOf('Z');// ham tim vi tri chu Z

//=> cac gia tri xyz gui len can xac dinh dung vi tri

//tach cac du lieu ra rieng

string gocx = Alldata.Substring(gcX + 1,gcY - gcX- 1);// chuoi se bat dau tu sau chu x

string gocy = Alldata.Substring(gcY + 1,gcZ - gcY - 1);

string gocz = Alldata.Substring(gcZ + 1);

//=> tinh toan tach du lieu cac goc ra bang canh gia su bat dau tu goc x

// hien thi nhung du lieu vua tach ra text box

txbx.Text = gocx;// in goc x ra textbox

txby.Text = gocy;// in goc y ra textbox

txbz.Text = gocz;// in goc z ra textbox

// in du lieu ra do thi

Invoke(new MethodInvoker(() => draw1(Convert.ToDouble(gocx)))); Invoke(new MethodInvoker(() => draw2(Convert.ToDouble(gocy)))); Invoke(new MethodInvoker(() => draw3(Convert.ToDouble(gocz)))); Invoke(new MethodInvoker(() => draw4(Convert.ToDouble(gocx)))); Invoke(new MethodInvoker(() => draw5(Convert.ToDouble(gocy)))); Invoke(new MethodInvoker(() => draw6(Convert.ToDouble(gocz))));

}

}

}

3.2 Giao diện Winforms

Hình 2 Giao diện Winforms

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ THỰC HIỆN

4.1 Hình ảnh thực tế

Hình 3 Mô hình thực tế

4.2 Kiểm chứng kết quả và đánh giá sai số

 Dải đo 0 độ

 Trục X : kết quả góc đo trong khoảng 1.12 độ sai số khoảng 1.12 %

 Trục Y : kết quả góc đo trong khoảng 0.35 độ sai số khoảng 0.35 %

 Trục Z : kết quả góc đo trong khoảng 0.67 độ sai số khoảng 0.67 %

Kết luận ở dải đo 0 độ

 Các trục đo không giữ vững kết quả đo ở 0 độ, lý do có thể do đế đạt cảm biến chưa đảm bảo chất lượng

 Dải đo 45 độ

 Khi nghiêng trục X theo thước 45 độ

 Trục X : kết quả góc đo giao động trong khoảng 43 độ sai số khoảng 4.4%

 Trục Y : thay đổi khoảng 0.3 độ

 Trục Z : thay đổi 1.5 độ

 Khi nghiêng trục Y theo thước 45 độ

 Trục Y : kết quả góc đo giao động trong khoảng 43.5 độ sai số khoảng 3.3%

 Trục X : thay đổi khoảng 0.45 độ

 Trục Z : thay đổi 2 độ

 Khi nghiêng trục Z theo thước 45 độ