IMU MPU-9250/6500

Abbildung 1: IMU MPU-9250/6500

Autor: Prof. Schneider

Einleitung

Die Inertiale Messeinheit (Engl. intertial measurement unit, IMU) ist ein 9-Achsen-Positionserkennungsmodul, das die folgenden Sensoren kombiniert:

• 3-Achsen-Gyroskop
• 3-Achsen-Beschleunigungssensor
• 3-Achsen-Magnetfeldsensor (Erdmagnetfeld/Kompass)

Ein Digital Motion Processor (DMP) ist zudem in einer winzigen Gehäusegröße von nur 3x3x1 mm verbaut. Das Modul kann über einen I²C-Bus angesprochen werden. Der MPU-9250 ist ein Multi-Chip-Modul welches die MPU-6500 (Geschleunigung und Gyro) via I²C mit dem AKM-8963 (Magnetometer) verbindet.

Technische Übersicht

Tabelle 1: Eigenschaften des MPU-9250/6500

Eigenschaft	Daten
Artikel	MPU-9250/6500
ADU	3x 16-Bit Analog-Digital Konverter für Gyro, Beschleunigung und Magnetfeld
Schnittstelle	I2C und SPI Schnittstelle
Spannungsversorgung	3 V bis 5 V
Messbereich Gyroskop	einstellbar: ±250, ±500, ±1000 and ±2000 °/s
Messbereich Beschleunigung	einstellbar: ±2g, ±4g, ±8g and ±16g
Messbereich Magnetometer	±4800 µT
Hersteller	InvenSense, TDK

Pinbelegung

Pin	MPU-9250	Signal	Arduino Uno R3
1	Betriebsspannung Vcc
2	Masse GND	3-5 V	VCC, 3,3 V
3	SCL	Empfang von Daten	TX, D4
4	SDA	Senden von Daten	RX, D3
5	EDA
6	ECL
7	ADO/SDO
8	INT
9	NCS
10	FSYNC

Software

Arduino

Prüfen welcher Chip verbaut wurde

Bei diesen Modulen kommt es vor, dass ein Board als GY-9250 verkauft wird, aber tatsächlich ein MPU6500 bestückt ist.

Arduino-Bibliothek installieren

Tabelle 1: Übersicht der Demos

Demo	Funktion
DemoUnoR4Wifi.ino	Demo zum Senden von Sensordaten via Wifi für die Arduino IDE
DemoUnoR4Wifi.m	Demo zum Empfangen von Sensordaten via Wifi mit MATLAB®
GetDate.ino	Demo zum Auslesen der IMU-Daten des Sensors MPU 9250
E15_RadInkrementalgeberFahrt.ino	Demo zum Ansteuern der Motoren und auslesen der Odometrie des AlphaBot

DemoUnoR4Wifi.ino  

clear all; clc;

port = 7000; % UDP Port, auf dem MATLAB lauscht

u = udpport("IPV4", "LocalPort", port);

disp("Warte auf UDP-Daten vom Arduino ...")

while true
    nBytes = u.NumBytesAvailable;
    if nBytes  > 0 % Prüfen, ob Daten vorhanden sind
        data = read(u, nBytes, "string");
        disp(data)
    end
end

GetDate.ino aus der Bibliothek MPU9250_asukiaaa 

#include <MPU9250_asukiaaa.h>

#ifdef _ESP32_HAL_I2C_H_
#define SDA_PIN 21
#define SCL_PIN 22
#endif

MPU9250_asukiaaa mySensor;
float aX, aY, aZ, aSqrt, gX, gY, gZ, mDirection, mX, mY, mZ;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  while(!Serial);
  Serial.println("started");

#ifdef _ESP32_HAL_I2C_H_ // For ESP32
  Wire.begin(SDA_PIN, SCL_PIN);
  mySensor.setWire(&Wire);
#endif

  mySensor.beginAccel();
  mySensor.beginGyro();
  mySensor.beginMag();

  // You can set your own offset for mag values
  // mySensor.magXOffset = -50;
  // mySensor.magYOffset = -55;
  // mySensor.magZOffset = -10;
}

void loop() {
  uint8_t sensorId;
  int result;

  result = mySensor.readId(&sensorId);
  if (result == 0) {
    Serial.println("sensorId: " + String(sensorId));
  } else {
    Serial.println("Cannot read sensorId " + String(result));
  }

  result = mySensor.accelUpdate();
  if (result == 0) {
    aX = mySensor.accelX();
    aY = mySensor.accelY();
    aZ = mySensor.accelZ();
    aSqrt = mySensor.accelSqrt();
    Serial.println("accelX: " + String(aX));
    Serial.println("accelY: " + String(aY));
    Serial.println("accelZ: " + String(aZ));
    Serial.println("accelSqrt: " + String(aSqrt));
  } else {
    Serial.println("Cannod read accel values " + String(result));
  }

  result = mySensor.gyroUpdate();
  if (result == 0) {
    gX = mySensor.gyroX();
    gY = mySensor.gyroY();
    gZ = mySensor.gyroZ();
    Serial.println("gyroX: " + String(gX));
    Serial.println("gyroY: " + String(gY));
    Serial.println("gyroZ: " + String(gZ));
  } else {
    Serial.println("Cannot read gyro values " + String(result));
  }

  result = mySensor.magUpdate();
  if (result != 0) {
    Serial.println("cannot read mag so call begin again");
    mySensor.beginMag();
    result = mySensor.magUpdate();
  }
  if (result == 0) {
    mX = mySensor.magX();
    mY = mySensor.magY();
    mZ = mySensor.magZ();
    mDirection = mySensor.magHorizDirection();
    Serial.println("magX: " + String(mX));
    Serial.println("maxY: " + String(mY));
    Serial.println("magZ: " + String(mZ));
    Serial.println("horizontal direction: " + String(mDirection));
  } else {
    Serial.println("Cannot read mag values " + String(result));
  }

  Serial.println("at " + String(millis()) + "ms");
  Serial.println(""); // Add an empty line
  delay(500);
}

DemoUnoR4Wifi.m  

// Notw. Hardware HC-05 Bluetooth Modul
// Vorbereitung:
//                 1) Binden Sie den Uno R4 in Ihr Netzwerk ein (Z. 25, 26).
//                 2) Tragen Sie die IP Ihres MATLAB Rechners ein (Z. 32).
//                 3) Übertragen Sie das Skript an den Uno R4. 
//                 4) Wählen Sie einen frein UDP-Port (Z. 38).
//*****************************************************************************

#include <WiFiS3.h>
#include <WiFiUdp.h>

// WLAN Zugangsdaten
char ssid[] = "Ihr_WLAN_Name";     // Anpassen
char pass[] = "Ihr_WLAN_Passwort"; // Anpassen

WiFiUDP udp;

// IP-Adresse des MATLAB-Rechners
IPAddress matlabIP(192, 168, 1, 1);  // Anpassen

// MATLAB UDP-Port
unsigned int matlabPort = 7000;

void setup()
{
  Serial.begin(115200);
  while (!Serial);
  Serial.println("Verbinde WLAN...");

  while (WiFi.begin(ssid, pass) != WL_CONNECTED)
  {
    delay(5000);
    Serial.print(".");
  }

  Serial.println();
  Serial.println("WLAN verbunden");
  Serial.print("Arduino IP: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());
  udp.begin(7001);
}


void loop()
{
  static int Zaehler_s16 = 0;             // Beispiel für Messwert
  float Zeit_f32 = float(millis())/1000;  // Zeit in s

  char Daten_s8[50];

  // Format: Float;Integer
  sprintf(Daten_s8, "%.3f;%d", Zeit_f32, Zaehler_s16);

  Serial.println(Daten_s8);

  // UDP senden
  udp.beginPacket(matlabIP, matlabPort);
  udp.write(Daten_s8);
  udp.endPacket();

  Zaehler_s16++; // Zähler inkrementieren

  delay(100);
}

E15_RadInkrementalgeberFahrt.ino 

/* Bibliotheken einbinden */
#include "AlphaBot.h"

/* Globale KONSTANTEN deklarieren */
AlphaBot R2D2 = AlphaBot();               // Instanz des Alphabot wird erzeugt. */
const byte PORT_ENC_L_u8 = 2;             // Die linke Lichtschranke (CNTL) liegt an Arduino D2
const byte PORT_ENC_R_u8 = 3;             // Die rechte Lichtschranke (CNTR) liegt an Arduino D3
const byte ANZAHL_INCREMENTE_u8 = 40;     // Die Encoderscheibe hat 20 Löcher und somit 40 Zustände
const int MOTOR_POWER_s16 = 80;           // Motorleistung
const unsigned long BAUDRATE_u32 = 9600;  // Serielle Übertragungsgeschwindigkeit in Baud
const unsigned long DELAY_MS_u32 = 1000;  // Delay in ms

/* Globale Variablen */
volatile byte valEncL_u8 = 0;               // https://www.arduino.cc/reference/de/language/variables/data-types/byte/
volatile byte valEncR_u8 = 0;               // Inkrementzähler
volatile long int RadumdrehungenL_s32 = 0;  // https://www.arduino.cc/reference/de/language/variables/data-types/long/
volatile long int RadumdrehungenR_s32 = 0;  // Zähler für die kompletten Radumdrehungen

/* Einmalige Systeminitialisierung */
void setup() {
  Serial.begin(BAUDRATE_u32);                 // Seriellen Monitor starten
  pinMode(PORT_ENC_L_u8, INPUT);              // Eingangsport D2 definieren
  pinMode(PORT_ENC_R_u8, INPUT);              // Eingangsport D3 definieren
  attachInterrupt(0, updateEncoderL, CHANGE); // 0: D2 Auslösen des Interrupts bei Signalwechsel
  attachInterrupt(1, updateEncoderR, CHANGE); // 1: D3 https://www.arduino.cc/reference/de/language/functions/external-interrupts/attachinterrupt/
}
/* Zyklusschleife */
void loop() {  
  /* Ausgaben im Seriellen Monitor */
  Serial.print(valEncL_u8);
  Serial.print(" :-: ");
  Serial.print(valEncR_u8);
  Serial.print(" :-: ");
  Serial.print(RadumdrehungenL_s32);
  Serial.print(" :-: ");
  Serial.print(RadumdrehungenR_s32);
  Serial.print("\n");
  delay(DELAY_MS_u32);

  R2D2.MotorRun(MOTOR_POWER_s16, MOTOR_POWER_s16);  // Fahrt starten
  delay(DELAY_MS_u32);                              // Fahrzeit
  R2D2.Brake();                                     // Alle Motoren stoppen
}

/* Unterfunktionen */
void updateEncoderL(){                  // Inkrementalgeber Links
  valEncL_u8++;
  if (valEncL_u8 > ANZAHL_INCREMENTE_u8)// 40 Zustandswechsel = 1 Radumdrehung 
  { 
    valEncL_u8 = 0;                     // Reset Inkrementzähler
    RadumdrehungenL_s32++;              // Umdrehungen inkrementieren
  } 
}

void updateEncoderR(){                  // Inkrementalgeber Rechts
  valEncR_u8++;
  if (valEncR_u8 > ANZAHL_INCREMENTE_u8)// 40 Zustandswechsel = 1 Radumdrehung
  { 
    valEncR_u8 = 0;                     // Reset Inkrementzähler
    RadumdrehungenR_s32++;              // Umdrehungen inkrementieren
  } 
}

Weitere AlphaBot und Arduino Demos finden Sie im SVN-Repositorium

https://svn.hshl.de/svn/Informatikpraktikum_1/trunk/Arduino/ArduinoLibOrdner/

Video

How to use MPU-9250 Gyroscope, Accelerometer, Magnetometer for Arduino

Datenblätter

• InvenSense: Datenblatt MPU-9250 Rev. 1.4
• InvenSense: Datenblatt MPU-9250 Rev. 1.1

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