Акселерометр ардуино подключение. Аналоговые акселерометры ADXL337, ADXL377 и Arduino. Подключение и настройка
Акселерометры используют для определения вектора ускорения. Акселерометр ADXL335 имеет три оси, и благодаря этому он может определять вектор ускорения в трёхмерном пространстве. Ввиду того, что сила земного притяжения - это тоже вектор, то акселерометр может определять свою собственную ориентацию в трёхмерном пространстве относительно центра Земли.
На иллюстрации приведены рисунки из паспорта на акселерометр ADXL335.
Здесь изображены координатные оси чувствительности акселерометра по отношению к геометрическому размещению корпуса устройства в пространстве, а также таблица значений напряжения с 3-х каналов акселерометра в зависимости от его ориентации в пространстве. Данные в таблице приводятся для находящегося в состоянии покоя датчика.
Рассмотрим подробнее, что же показывает нам акселерометр.
Пусть датчик лежит горизонтально, например, на столе. Тогда проекция вектора ускорения будет равна 1g по оси Z, или Zout = 1g. По остальным двум осям будут нули: Xout = 0 и Yout = 0.
При повороте датчика "на спину", он будет направлен в противоположную сторону относительно вектора силы тяжести, т.е. Zout = -1g.
Аналогично измерения снимаются по всем трём осям.
Понятно, что акселерометр может быть расположен как угодно в пространстве, поэтому со всех трёх каналов мы будем снимать отличные от нуля показания.
Если датчик сильно тряхнуть вдоль вертикальной оси Z, то значение Zout будет больше, чем "1g". Диапазон измерения от 2g до 16g по каждой из осей в любом из направлений (т.е. как с "плюсом", так и с "минусом").
Чип аналогового акселерометра ADXL335 довольно мелкий и помещён в BGA корпус, и в домашних условиях его сложно смонтировать на плату.
Рассмотрим подключение акселерометра ADXL335 на примере готового модуля GY-291.
Принципиальная схема модуля GY-291 на базе микросхемы ADXL345.
Для питания акселерометра необходимо подать на вывод VCC модуля напряжение 3,3 В или 5 В. Измерительные каналы датчика подключаются к аналоговым выводам Arduino.
Библиотеки для подключения 3-осевого акселерометра GY-291 на чипе ADXL345.
ADXL335 — это аналоговый трехосный акселерометр, то есть датчик, с помощью которого можно получить угол относительного отклонения. Фактически, это три разных акселерометра в одном корпусе, каждый из которых отвечает за свою собственную ось X, Y либо же Z.
Вообще, Акселерометр — приспособление для измерения ускорения. Однако, из общего курса школьно физики мы знаем, что ускорение бывает двух видов: динамическое и статическое . С динамическим ускорением должно быть все понятно — толкнули датчик, придали ему ускорение, он должен это зафиксировать. Статическое ускорение — это воздействие силы тяжести на наш датчик. Дело в том, что к датчику даже в состоянии полного покоя приложено статическое ускорение равное g (ускорение свободного падения).
Датчик ADXL335 умеет улавливать оба этих ускорения. А зная проекции его вектора можно спокойно вычислить угол на который отклонился наш датчик относительно некого нулевого значения.
На картинке показано, какие будут показания при разных положениях датчика. Относительное положение датчика необходимо отслеживать по маленькому беленькому кружечку-метке.
Для начала разберемся с правой частью картинки, на которой меняет свое значение Zout (ось Z). Согласно этой картинке, если положить наш датчик контактами вниз, то значение по оси Z будет равно единице (точнее одному g). Данное значение, как было сказано — проекция вектора статического ускорения на ось нашего датчика. Так как в данном случае вектор совпадает с осью Z, а ускорения свободного падения равняется g, мы и имеет значение Zout = 1g.
Если же мы перевернем датчик контактами вверх, то значение Zout изменится на противоположное. Стоит отметить, что все остальные ускорения равны нулю, связано это с уже упомянутым совпадением вектора статического ускорения с осью Z, а так же состоянием покоя всего датчика.
Аналогично можно рассмотреть все остальные пары. Единственное отличие в том, что датчик будет находится на ребре или боку.
Однако, вектор далеко не всегда будет совпадать с какой-либо из осей. Чаще всего этот вектор будет каким-либо распределен по всем трем осям — т.к. пространство трехмерное.
О датчике ADXL335
- Максимально допустимым значение напряжения для ADXL335 является 3,6 вольта
- Датчик справляется с ускорениями до 3g. Это можно использовать например, чтобы определить находится ли вся конструкция в движении, и даже в каком направлении она двигается. Можно измерять ускорение при начале движения и тем самым делать его более плавным, без резких рывков.
Схема подключения акселерометра
- Внимание! Для питания выход 3v3 Arduino, а не 5v
- Выходы X, Y, Z датчика соединить со входами ANALOG IN 0, 1, 2
Пример программного кода — программирование акселерометра
#define ADC_ref 5.0 #define analog_resolution 1024.0 unsigned int value_x; unsigned int value_y; unsigned int value_z; void setup() { Serial.begin(9600); } void loop() { value_x = analogRead(0); value_y = analogRead(1); value_z = analogRead(2); Serial.print(value_x/analog_resolution*ADC_ref, 5); Serial.print(" "); Serial.print(value_y/analog_resolution*ADC_ref, 5); Serial.print(" "); Serial.println(value_z/analog_resolution*ADC_ref, 5); delay(500); }
#define ADC_ref 5.0 #define analog_resolution 1024.0 unsigned int value_x ; unsigned int value_y ; unsigned int value_z ; void setup () { Serial . begin (9600 ) ; } void loop () { value_x = analogRead (0 ) ; value_y = analogRead (1 ) ; value_z = analogRead (2 ) ; Serial . print (value_x / analog_resolution * ADC_ref , 5 ) ; Serial . print (" " ) ; (500 ) ; } |
Обозначаем пару констант. ADC_ref — это максимальное значение в вольтах которое может снять аналоговый вход. analog_resolution — это разрешающая способность нашего аналогового входа. На arduino она равна 210 или 1024.
После объявления констант идет пара переменных в которых мы будем хранить показания снятые с нашего датчика и инициализация серийного порта, чтобы можно было получить какие-то данные на компьютере.
В функции loop мы в начале получаем данные с трех наших аналоговых пинов, к которым и подключен наш датчик, а после этого пересчитываем полученное число в вольты и выводим их на серийный порт. Зальем эту прошивку в нашу Arduino UNO, откроем серийный монитор (ctrl+shift+m) и соберем кое какие данные.
На включенном серийном мониторе можно увидеть:
Где первый столбец — показания по оси X, второй — Y, третий — Z
Этот акселерометр я покупал под совершенно конкретную задачу - хотел сделать устройство, которое не дает спать на спине дольше заданного времени. Что характерно, все получилось, однако у акселерометра есть несколько интересных особенностей.
Собственно, о них и хочу упомянуть.
Прежде всего надо понимать, что акселерометры бывают с цифровыми и аналоговыми интерфейсами. Первые хороши тем, что меньше подвержены помехам и позволяют подключать к единой шине множество периферийных устройств - явная экономия пинов контроллера. Минус, однако в том, что для работы с такой периферией нужно в коде реализовать протокол обмена, а это расход другого ценного ресурса - памяти.
Однако при подключении всего лишь одного датчика сэкономить выводы контроллера цифровым протоколом не получится, поскольку по количеству требуемых линий что цифра, что аналог получаются идентичными.
Гребеночку уже напаял, да
Поэтому я и сделал выбор в пользу аналогового акселерометра ADXL335 ( для любопытных). Ведь с ним можно и память сэкономить, и общаться гораздо проще - достаточно банального analogRead().
Т.е. простейший код для чтения показаний действительно прост, как амеба:
Unsigned int x, y, z; void setup() { pinMode(A0, INPUT); pinMode(A1, INPUT); pinMode(A2, INPUT); Serial.begin(9600); } void loop() { x = analogRead(A0); y = analogRead(A1); z = analogRead(A2); Serial.println("xxxx | yyyy | zzzz"); Serial.print(x, DEC); Serial.print(" | "); Serial.print(y, DEC); Serial.print(" | "); Serial.print(z, DEC); Serial.println(" | "); delay(2000); }
В итоге пришло ровно то, что на картинке, и я с упоением занялся макетированием, причем сначала - на полноразмерной плате Arduino Mega 2560. И сильно удивился, поскольку поведение акселерометра не очень укладывалось в рамки здравого смысла. Ну, по крайней мере, пока здравый смысл не сказал что-то вроде «окей, даташит я не читал, но будем считать, что акселерометр так и работает».
Вот крупнее, если не верите, что это ADXL335
Иными словами, я ожидал увидеть на выходах акселерометра значения в диапазоне от 0В до верхнего предела питания, т.е. 3,3В или 5В, поскольку акселерометр работает с обоими, но об этом позже.
Вместо этого вывод в монитор показал примерно следующее. Примерно - потому что у меня не было стенда с идеальными вертикалями и горизонталями. Все вот этими вот руками.
Значения при максимуме по оси X:
X 405
Y 331
Z 344
Значения при минимуме по оси X:
X 268
Y 333
Z 344
Значения при максимуме по оси Y:
Y 400
X 338
Z 346
Значения при минимуме по оси Y:
Y 264
X 334
Z 346
Значения при максимуме по оси Z:
Z 410
X 337
Y 329
Значения при минимуме по оси Z:
Z 275
X 335
Y 331
Показания эти идентичны что для 3В, что для 5В.
Это первое, что следует иметь в виду, когда будете применять данный акселерометр в своем подсобном хозяйстве.
Второе - упомянутый выше дуализм в смысле питания. Суть в том, что ADXL335 рассчитан на диапазон напряжений от 1,8В до 3,6В. А до 5В его дотянули очень простым способом - поставили стабилизатор на 3,3В ко входу питания.
Решение несколько варварское, поскольку вне зависимости от входного напряжения, пусть даже оно и в допустимых для акселерометра 1,8-3,6В, ток пойдет через стабилизатор. А это довольно критично, если задаться целью сделать максимально экономичное устройство.
На этот случай, как выяснилось, есть более подходящие кандидаты. Именно: макетные платки с питанием от 3,3В или же гибридные, где 5В идет через стабилизатор, а 3,3В - напрямую к чипу. В любом случае, при покупке рекомендую внимательно изучать, что собрались приобретать и соотносить увиденное с желаемым.
Что касается меня, то я решил вопрос со стабилизатором просто. Так как питаться планировал от 3В, то и питающую линию подключил сразу после стабилизатора, и на этом закрыл вопрос.
Подключился вот в эту точку
Ну а в итоге у меня получилось устройство под кодовым именем «Позиционер», которое с помощью вибросигнала предупреждает о нежелательном сне на спине, о неправильной осанке или о малой подвижности.
Выглядит не очень презентабельно, поскольку корпуса - то, что я никогда делать не умел.
Батарейка - для масштаба
.
Ничего, скоро сошью чехольчик, и будет лучше.
А вот так работает макет, где как раз видно работящий акселерометр:
По итогам общения с акселерометром (конкретно в этой модификации) хочу сообщить следующее. Штука, на мой взгляд, очень хороша для новичков сразу по нескольким причинам:
1) Безопасно для макетных плат с напряжением 3.3В и 5В, поскольку вход питания один и защищен стабилизатором;
2) Стабильность показаний;
3) Просто в использовании за счет аналогового интерфейса - analogRead() и никакой черной магии.
Что касается минусов, то они вытекают из плюсов:
1) Чтобы экономить энергию, придется поработать руками - припаяться напрямую к чипу;
2) Существует возможность поймать помехи на аналоговой линии.
Доклад закончил. Скоро буду писать про шорты брюки.
Планирую купить +21 Добавить в избранное Обзор понравился +22 +39Файл, приведенный ниже, будет работать с цифровыми датчиками ускорения MPU6050, которые подключены к плате Arduino через I2C протокол по адресу 0x68. Работоспособность проверена на платах Arduino Uno и Arduino Mega. Данный файл заголовка требует файл Wire.h перед добавлением “gyro_Accel.h”. Кроме того, перед вызовом встроенных функций, надо инициализировать шину I2Cс помощью команды Wire.begin();.
Программа для Arduino с файлом заголовка и примером расположены на Github
Логи версии:
Версия 0.1 beta (Дата:2014-06-22): Сам файл заголовка для калибровки и чтения данных с датчика MPU6050 через i2c протокол и пример использования заголовочного файла для расчета угла.
Версия 0.2 beta (Дата:2014-10-08): Исправлены баги в файле примера. “accel_x_scalled” и “accel_y_scalled” теперь возвращают корректные значения углов.
Глобальные переменные
Данный заголовочный файл включает в себя следующие глобальные переменные:
int accel_x_OC - Содержит измерения положения акселерометра относительно оси x при калибровке
int accel_y_OC - Содержит измерения положения акселерометра относительно оси y при калибровке
int accel_z_OC - Содержит измерения положения акселерометра относительно оси z при калибровке
int gyro_x_OC - Содержит измерения положения гироскопа относительно оси x
int gyro_y_OC - Содержит измерения положения гироскопа относительно оси y
int gyro_z_OC - Содержит измерения положения гироскопа относительно оси z
float temp_scalled - Содержит абсолютное значение температуры в градусах цельсия
float accel_x_scalled - данные оси x акселерометра минус данные калибровки
float accel_y_scalled - данные оси y акселерометра минус данные калибровки
float accel_z_scalled - данные оси z акселерометра минус данные калибровки
float gyro_x_scalled - данные гироскопа относительно оси x минус данные калибровки
float gyro_y_scalled - данные гироскопа относительно оси y минус данные калибровки
float gyro_z_scalled - данные гироскопа относительно оси z минус данные калибровки
Функции в программе Arduino для работы с mpu6050
MPU6050_ReadData()
Эта функция считывает данные с акселлерометра, гироскопа и датчика температуры. После считывания данных, значения переменных (temp_scalled, accel_x_scalled, accel_y_scalled, accel_z_scalled, gyro_x_scalled, gyro_y_scalled and gyro_z_scalled) обновляются.
MPU6050_ResetWake()
Эта функция сбрасывает настройки чипа на значения по-умолчанию. Рекомендуется использовать сброс настроек перед настройкой чипа на выполнения определенной задачи.
MPU6050_SetDLPF(int BW)
Эта функция настраивает встроенный фильтр низких частот. Переменная int BW должна содержать значения (0-6). Пропускная способность фильтра будет изменяться в соответствии с представленной ниже таблицей.
Если int BW не в диапазоне 0-6, фильтр низких частот отключается, что соответствует установке – бесконечность.
MPU6050_SetGains(int gyro,int accel)
Эта функция используется для установки максимального значения шкалы измерений
| int gyro | Макс. знач.[угол/с] | int accel | Макс. знач. [м/с 2 ] | |
| 0 | 250 | 0 | 2g | |
| 1 | 500 | 1 | 4g | |
| 2 | 1000 | 2 | 8g | |
| 3 | 2000 | 3 | 16g |
MPU6050_ReadData()
Эта функция использует масштабные коэффициенты для расчета результата. Если не используются значения (0-3), MPU6050_ReadData() отобразит необработанные значения с датчика с погрешностью калибровки. Для получения обработанных значений, установите переменные для калибровки (accel_x_OC, accel_y_OC, accel_z_OC, gyro_x_OC, gyro_y_OC and gyro_z_OC) в нуль.
MPU6050_OffsetCal()
Эта функция позволяет откалибровать акселерометр и гироскоп. Рассчитанные значения записываются в переменные accel_x_OC, accel_y_OC, accel_z_OC, gyro_x_OC, gyro_y_OC и gyro_z_OC для дальнейшей коррекции. Для проведения калибровки необходимо расположить оси x и y axes платы MPU6050 в горизонтальной плоскости, а ось z – перпендикулярно к основанию. Даже незначительные перемещения платы во время калибровки понижают точность расчета базовой точки. Ось z калибруется относительно силя земного притяжения - 9.81 м/с 2 (1g), что учтено в коде.
Калибровка mpu6050
Калибровка гироскопа и акселерометра – это очень важный шаг. Приведенные значения для гироскопа имеют вид: “gyro_x_scalled = ”, так как для получения угла поворота относительно оси по данным угловой скорости, необходимо провести интегрирование. Если “gyro_x_scalled” содержит ошибку или неверно выбрана база, эта ошибка также интегрируется и превращается в значительную погрешность в результате. Так что в идеале измерения должны показывать нуль, если гироскоп не движется вокруг каких-либо осей координат. На практике добиться идеала практически невозможно, так что наша задача – минимизировать эту ошибку. Кроме того, для компенсации «дрифта», можно использовать акселерометр для расчета угла наклона, сравнения полученных данных с результатами гироскопа и последующей компенсацией данной погрешности. Расчет угла будет рассмотрен в этой статье отдельно ниже.
Скетч Arduino для калибровки платы акселерометра/гироскопа MPU6050:
Результат работы скетча для калибровки в серийном мониторе
Расчет угла с помощью гироскопа mpu6050
Данные с гироскопа имеют вид:
В дальнейшем в статье мы будем рассматривать все на примере оси x. Для расчета угла необходимо проинтегрировать переменную “gyro_x_scalled”
является количеством итераций
Так же стоит отметить, что на каждом временном промежутке цикла значение “gyro_x_scalled” остается одинаковым. Существует насколько подходов и методов интегрирования для компенсации и этой погрешности, но мы их детально не будем рассматривать.
Для реализации дискретного интегрирования, будем использовать метод Эйлера как один из самых популярных алгоритмов. Математически интегрирование методом Эйлера можно записать следующим образом:
Мы предполагаем, что начальные углы относительно осей x, y, z после калибровки равны 0, 0 и 90 градусов соответственно, так что для итерации n=0:
Значение T (время каждой итерации) и динамика самого гироскопа (как быстро и насколько нелинейно изменяются углы), значительным образом влияет на точность расчетов. Чем медленнее изменяются углы и чем меньше промежуток между итерациями, тем более точным будет результат. В этом смысле жаль, что платы Arduino достаточно медленные, кристаллы у них работают с частотой 16 МГц и снятие измерений каждые 10-20 мс становится достаточно затруднительным (учитывая тот факт, что процессор занят не только расчетом угла, но и другими параллельными задачами). Мы можем использовать T в виде переменной или константы, я, лично, предпочитаю использовать константу для каждого цикла. В проекте динамические факторы не учитывались, просто использовалась частота итераций с разрывом в 20 мс (0.02 с).
Погрешность гироскопа – «дрифт» (drift)
Из-зза неидеальной калибровки гироскопа, “gyro_x_scalled” никогда не равна нулю и со временем “angle_x_gyro” изменяет свои значения. Для решения данной проблемы, проводится расчет угла с помощью акселерометра и полученные значения сравнывиются с углом гироскопа. Так как модуль MPU6050 располагается горизонтально, ускорение по оси z равно 1g (то есть, 9.81) как это показано на рисунке. Мы можем использовать этот вектор ускорения и его проекцию на ось y для расчета угла между осями x и y.
Угол, который рассчитывается с помощью акселерометра, рассчитывается по зависимости:
Основными проблемами при определении угла наклона с помощью акселерометра являются: сильная зашумленность сигнала и очень сильная чувствительность к вибрациям, без которых ни один механизм не работает. Более того, еслипри перемещении MPU6050 вдоль одной из осей координат, полученные значения будут мешать расчету угла. Так что для лучшего результата, углы с гироскопа и акселерометра объединяются с помощью фильтра:
Окончательно уравнение для определения угла наклона принимает вид:
На рисунке ниже приведена имплементация полученных зависимостей в оболочке Arduino IDE
Окончательный расчет угла наклона и подбор коэффициентов усиления для фильтра
Результаты снимались для различных параметров коэффициентов усиления фильтра и приведены на рисунках по порядку. Коэффициент усиления 1 означает, что фактически идут измерения только с гироскопа. Можно заметить, что в конце angle_x и angle_y отклоняются от значений, рассчитанных с помощью значений с акселерометра.
В моем случае, для дальнейшего проекта использовался коэффициент усиления 0.95. В зависимости от динамики системы, можно его повышать, но не до 1, так как значения будут сильно отклоняться от истинных.
Акселерометры используют для определения вектора ускорения. Акселерометр ADXL335 имеет три оси, и благодаря этому он может определять вектор ускорения в трёхмерном пространстве.
Ввиду того, что сила земного притяжения - это тоже вектор, мы можем определять ориентацию акселерометра в трёхмерном пространстве относительно центра Земли.
На иллюстрации приведены рисунки из паспорта на акселерометр ADXL335 . Здесь изображены координатные оси чувствительности акселерометра по отношению к геометрическому размещению корпуса устройства в пространстве, а также значения ускорений, принимаемые с 3-х каналов акселерометра в зависимости от его ориентации в пространстве. Данные приводятся для находящегося в состоянии покоя датчика, на который действует только сила земного тяготения.
Рассмотрим подробнее, что же показывает нам акселерометр.
Пусть датчик лежит горизонтально, например, на столе. Тогда проекция вектора ускорения будет равна "1g" по оси Z, или Z out = 1g. По остальным двум осям будут нули: X out = 0 и Y out = 0. При повороте датчика «на спину», он будет направлен в противоположную сторону относительно вектора силы тяжести, т.е. Z out = −1g. Аналогично измерения снимаются по всем трём осям. Понятно, что акселерометр может быть расположен как угодно в пространстве, поэтому со всех трёх каналов мы будем снимать отличные от нуля показания.Если датчик сильно тряхнуть вдоль вертикальной оси Z, то значение Z out будет больше, чем "1g". Максимальное измеряемое ускорение составляет "±3g" по каждой из осей («плюс» и «минус» тут обозначают направление ускорения).
Думаю, с принципом работы акселерометра разобрались. Теперь рассмотрим схему подключения.
2 Схема подключения акселерометра к Arduino
Чип аналогового акселерометра ADXL335 довольно мелкий и помещён в BGA корпус, и в домашних условиях его сложно смонтировать на плату. Поэтому я буду использовать готовый модуль GY-61 с акселерометром ADXL335 .
Для питания акселерометра необходимо подать на вывод VCC модуля напряжение +3,3 В . Измерительные каналы датчика подключаются к аналоговым выводам Arduino, например, "A0", "A1" и "A2". Это вся схема:)
Схема подключения аналогового трёхосевого акселерометра ADXL335 к Arduino
3 Калибровка аналогового акселерометра ADXL335
Arduino имеет 10-разрядный АЦП, а максимальное допустимое напряжение на выводе - 5 вольт. Измеренные напряжения кодируются битами, которые могут принимать только 2 значения - 0 или 1. Это значит, что весь диапазон измерений будет поделён на (1+1) 10 , т.е. на 1024 равных отрезка. Для того чтобы перевести снимаемые показания в вольты, нужно каждое измеренное на аналоговом входе значение поделить на 1024 (отрезка), а затем умножить на 5 (вольт).
Загрузим вот такой скетч в память Arduino. Будем считывать с аналоговых входов показания по трём каналам, преобразовывать их в напряжение и выводить в последовательный порт.
//определяем аналоговые пины: const int xPin = A0; const int yPin = A1; const int zPin = A2; void setup() { //инициализируем послед. порт: Serial.begin(9600); } void loop() { // считываем показания: int xRead = analogRead(xPin); int yRead = analogRead(yPin); int zRead = analogRead(zPin); //Выводим показания в порт в Вольтах: Serial.print("x: "); Serial.print(xRead * 5 / 1024.0); Serial.print(" | y: "); Serial.print(yRead * 5 / 1024.0); Serial.print(" | z: "); Serial.println(zRead * 5 / 1024.0); delay(100); //задержка 100 мс }
Посмотрим, что же реально приходит с акселерометра на примере оси Z (см. последний столбец на иллюстрации). Когда датчик расположен горизонтально и смотрит вверх, приходят числа (2,03±0,01). Это должно соответствовать ускорению "1g" по оси Z и углу 0° согласно паспорту на ADXL335. Перевернём датчик. Приходят числа (1,69±0,01), что должно соответствовать "−1g" и углу 180°.
4 Определение ускорений по трём осям акселерометра
Снимем значения с акселерометра при углах 90° и 270° и занесём в таблицу. Таблица показывает углы поворота акселерометра (столбец "A") и соответствующие им значения Z out в вольтах (столбец "B").
Для наглядности приведён график напряжений на выходе Z out в зависимости от угла поворота. Голубое поле - это область значений в спокойном состоянии (при ускорении 1g). Розовое поле на графике - это запас для того чтобы мы могли измерять ускорение до +3g и до −3g.
При угле поворота 90° на ось Z приходится нулевое ускорение. Т.е. значение 1,67 вольт - это условный ноль Z 0 . Тогда определим ускорение так: g = Z out - Z 0 / S z , здесь Z out - измеренное значение в милливольтах, Z 0 - значение при нулевом ускорении в милливольтах, S z - чувствительность датчика по оси Z, измеренная в мВ/g.
Чувствительность акселерометра приведена в паспорте и равна в среднем 300 мВ/g или 0,3 В/g, но вообще лучше провести калибровку акселерометра и вычислить значение чувствительности конкретно для вашего датчика по формуле: S z = Z(0°) - Z(90°) В данном случае чувствительность акселерометра по оси Z = 2,03 - 1,68 = 0,35 В/g. Аналогично чувствительность нужно будет посчитать для осей X и Y.
В столбце "С" таблицы приводится расчётное ускорение при чувствительности, равной 350 мВ/g. Как видно, расчёты практически совпадают с номинальными величинами, которые даются на первом рисунке из паспорта на датчик ADXL335, т.е. наш датчик довольно точно показывает свою ориентацию в пространстве (я показал это просто для самопроверки, дальше это не пригодится).
5 Определение углов поворота акселерометра
Вспомнив базовый курс школьной геометрии, выведем формулу для вычисления углов поворота акселерометра: angle_X = arctg[ √(G z 2 + G y 2) / G x ]. Значения получаются в радианах. Чтобы перевести радианы в градусы, поделим результат на число π и умножим на 180°.
В итоге полный скетч, вычисляющий ускорения и углы поворота акселерометра по всем осям, приведён на врезке. В комментариях даны пояснения к коду программы.
Const int xPin = A0; //определяем аналоговые пины, const int yPin = A1; //к которым подключим const int zPin = A2; //три канала акселерометра const float Vmax = 5.0; //макс. допустимое напряжение на аналоговом входе const float x0 = 1.71; //значения по осям при нулевых "g"; const float y0 = 1.69; //эти значения вы должны определить const float z0 = 1.68; //самостоятельно (см.шаг 4) const float sens_x = 0.35; //чувствительность по осям в В/g; const float sens_y = 0.35; //эти значения вы должны определить const float sens_z = 0.35; //самостоятельно (см.шаг 4) void setup() { Serial.begin(9600); //инициализация последовательного порта } void loop() { unsigned int value_x = analogRead(xPin); //считываем значения с акселерометра unsigned int value_y = analogRead(yPin); unsigned int value_z = analogRead(zPin); float Gx=(value_x*Vmax/1024.0 − x0)/sens_x; //определяем ускорения по осям float Gy=(value_y*Vmax/1024.0 − y0)/sens_y; float Gz=(value_z*Vmax/1024.0 − z0)/sens_z; Serial.print("Gx:\t" + String(Gx)); //выводим ускорения в послед. порт Serial.print("\t| Gy:\t" + String(Gy)); Serial.println("\t| Gz:\t" + String(Gz)); float angle_x = atan(sqrt(Gz*Gz + Gy*Gy) / Gx)*180 / PI; //ищем углы поворота float angle_y = atan(sqrt(Gx*Gx + Gz*Gz) / Gy)*180 / PI; float angle_z = atan(sqrt(Gx*Gx + Gy*Gy) / Gz)*180 / PI; Serial.print("x:\t" + String(round(angle_x))); //выводим углы поворота акселерометра Serial.print("o\t| y:\t" + String(round(angle_y))); Serial.println("o\t| z:\t" + String(round(angle_z)) + "o"); Serial.println(); delay(500); }
При выводе в порт Serial.print() символ \t обозначает знак табуляции, чтобы столбцы были ровные, и значения располагались друг под другом. Символ + означает конкатенацию (объединение) нескольких строк. Оператор String() явно указывает компилятору, что численное значение нужно преобразовать в строку. Оператор round() округляет угол с точностью до 1°.
Подключение аналогового акселерометра ADXL335 к Arduino с помощью макетной платы
Итак, мы с вами научились снимать и обрабатывать данные с аналогового акселерометра ADXL335 при помощи Arduino.
Определите «нулевые» значения напряжений и чувствительности по осям X, Y и Z для вашего датчика с помощью скетча, описанного в разделе «Калибровка аналогового акселерометра ADXL335». Иначе углы и ускорения будут вычисляться со значительными ошибками.
