第四章：ESP32零基础教学 - 4.1.4MPU6050加速度传感器

ESP32与MPU6050加速度传感器详细教学及项目例程

引言

在本教程中，我们将学习如何使用ESP32微控制器与MPU6050加速度传感器进行通信。MPU6050是一款集成了3轴陀螺仪和3轴加速度计的传感器，广泛应用于姿态检测、运动分析等领域。我们将通过I2C协议与MPU6050通信，并读取其加速度数据。此外，我们还将实现一个简单的姿态检测项目，通过读取MPU6050的加速度和陀螺仪数据，计算出设备的倾斜角度，并用于控制其他设备（如LED或舵机）。

所需材料

• ESP32开发板

• MPU6050传感器模块

• 杜邦线若干

• 面包板（可选）

• LED（用于项目例程）

• 220Ω电阻（用于项目例程）

硬件连接

首先，我们需要将MPU6050与ESP32连接起来。MPU6050通常有以下几个引脚：

• VCC：电源正极（3.3V）

• GND：电源负极

• SCL：I2C时钟线

• SDA：I2C数据线

• INT：中断引脚（本教程中不使用）

将MPU6050与ESP32按照以下方式连接：

MPU6050	ESP32
VCC	3.3V
GND	GND
SCL	GPIO22
SDA	GPIO21

对于项目例程，我们还需要连接一个LED：

• LED正极连接到ESP32的GPIO2。

• LED负极通过一个220Ω电阻连接到GND。

软件设置

1. 安装Arduino IDE

如果你还没有安装Arduino IDE，请先下载并安装。你可以从Arduino官网下载适合你操作系统的版本。

2. 安装ESP32开发板支持

打开Arduino IDE，依次点击 文件 -> 首选项，在 附加开发板管理器网址 中输入以下URL：

复制

https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json

然后点击 工具 -> 开发板 -> 开发板管理器，搜索 esp32 并安装。

3. 安装MPU6050库

在Arduino IDE中，点击 工具 -> 管理库，搜索 MPU6050 并安装 MPU6050 by Electronic Cats 库。

基础代码：读取加速度数据

接下来，我们将编写代码来读取MPU6050的加速度数据。

#include <Wire.h>  // 引入Wire库，用于I2C通信
#include <MPU6050.h>  // 引入MPU6050库

MPU6050 mpu;  // 创建一个MPU6050对象

void setup() {
  Serial.begin(115200);  // 初始化串口通信，波特率为115200
  Wire.begin();  // 初始化I2C通信
  mpu.initialize();  // 初始化MPU6050

  // 检查MPU6050是否连接成功
  if (!mpu.testConnection()) {
    Serial.println("MPU6050 connection failed");
    while (1);  // 如果连接失败，程序停止
  }
  Serial.println("MPU6050 connection successful");
}

void loop() {
  // 读取加速度数据
  int16_t ax, ay, az;
  mpu.getAcceleration(&ax, &ay, &az);

  // 打印加速度数据
  Serial.print("Acceleration X: ");
  Serial.print(ax);
  Serial.print(" Y: ");
  Serial.print(ay);
  Serial.print(" Z: ");
  Serial.println(az);

  delay(500);  // 延迟500毫秒
}

代码解释

1. 引入库：

   • #include <Wire.h>：引入Wire库，用于I2C通信。

   • #include <MPU6050.h>：引入MPU6050库，用于与MPU6050传感器通信。

2. 创建MPU6050对象：

   • MPU6050 mpu;：创建一个MPU6050对象，命名为mpu。

3. 初始化设置：

   • Serial.begin(115200);：初始化串口通信，波特率设置为115200。

   • Wire.begin();：初始化I2C通信。

   • mpu.initialize();：初始化MPU6050传感器。

4. 检查MPU6050连接：

   • if (!mpu.testConnection())：检查MPU6050是否连接成功。如果连接失败，打印错误信息并停止程序。

5. 读取加速度数据：

   • mpu.getAcceleration(&ax, &ay, &az);：读取MPU6050的加速度数据，并存储在变量ax、ay、az中。

6. 打印加速度数据：

   • Serial.print("Acceleration X: ");：打印X轴加速度数据。

   • Serial.print(ax);：打印X轴加速度值。

   • 同理，打印Y轴和Z轴加速度数据。

7. 延迟：

   • delay(500);：延迟500毫秒，以便于观察数据。

项目代码例程：基于MPU6050的姿态检测

在本节中，我们将扩展前面的基础代码，实现一个简单的姿态检测项目。通过读取MPU6050的加速度和陀螺仪数据，我们可以计算出设备的倾斜角度，并用于控制其他设备（如LED或舵机）。

项目功能

• 读取MPU6050的加速度和陀螺仪数据。

• 计算设备的俯仰角（Pitch）和横滚角（Roll）。

• 根据角度控制LED的亮灭（例如，当设备倾斜超过一定角度时，点亮LED）。

代码实现

#include <Wire.h>  // 引入Wire库，用于I2C通信
#include <MPU6050.h>  // 引入MPU6050库

MPU6050 mpu;  // 创建一个MPU6050对象

const int ledPin = 2;  // 定义LED引脚为GPIO2
const float angleThreshold = 30.0;  // 定义角度阈值，超过此值点亮LED

void setup() {
  Serial.begin(115200);  // 初始化串口通信，波特率为115200
  Wire.begin();  // 初始化I2C通信
  mpu.initialize();  // 初始化MPU6050

  pinMode(ledPin, OUTPUT);  // 设置LED引脚为输出模式

  // 检查MPU6050是否连接成功
  if (!mpu.testConnection()) {
    Serial.println("MPU6050 connection failed");
    while (1);  // 如果连接失败，程序停止
  }
  Serial.println("MPU6050 connection successful");
}

void loop() {
  // 读取加速度和陀螺仪数据
  int16_t ax, ay, az;
  int16_t gx, gy, gz;
  mpu.getMotion6(&ax, &ay, &az, &gx, &gy, &gz);

  // 计算俯仰角（Pitch）和横滚角（Roll）
  float pitch = atan2(ay, az) * 180 / PI;  // 俯仰角计算
  float roll = atan2(ax, az) * 180 / PI;   // 横滚角计算

  // 打印角度数据
  Serial.print("Pitch: ");
  Serial.print(pitch);
  Serial.print(" Roll: ");
  Serial.println(roll);

  // 根据角度控制LED
  if (abs(pitch) > angleThreshold || abs(roll) > angleThreshold) {
    digitalWrite(ledPin, HIGH);  // 如果角度超过阈值，点亮LED
  } else {
    digitalWrite(ledPin, LOW);   // 否则熄灭LED
  }

  delay(100);  // 延迟100毫秒
}

代码解释

1. 引入库和定义常量：

   • #include <Wire.h> 和 #include <MPU6050.h>：引入I2C和MPU6050库。

   • const int ledPin = 2;：定义LED连接的引脚为GPIO2。

   • const float angleThreshold = 30.0;：定义角度阈值为30度。

2. 初始化设置：

   • Serial.begin(115200);：初始化串口通信。

   • Wire.begin();：初始化I2C通信。

   • mpu.initialize();：初始化MPU6050传感器。

   • pinMode(ledPin, OUTPUT);：设置LED引脚为输出模式。

3. 读取传感器数据：

   • mpu.getMotion6(&ax, &ay, &az, &gx, &gy, &gz);：读取MPU6050的加速度（ax, ay, az）和陀螺仪（gx, gy, gz）数据。

4. 计算角度：

   • float pitch = atan2(ay, az) * 180 / PI;：计算俯仰角（Pitch）。

   • float roll = atan2(ax, az) * 180 / PI;：计算横滚角（Roll）。

5. 控制LED：

   • 如果俯仰角或横滚角的绝对值超过阈值（30度），点亮LED；否则熄灭LED。

6. 延迟：

   • delay(100);：延迟100毫秒，以便于观察数据和控制效果。

上传代码

1. 将ESP32通过USB线连接到电脑。

2. 在Arduino IDE中，选择正确的开发板和端口：

   • 工具 -> 开发板 -> ESP32 Dev Module

   • 工具 -> 端口 -> 选择对应的端口

3. 点击 上传 按钮，将代码上传到ESP32。

查看结果

打开Arduino IDE的串口监视器（工具 -> 串口监视器），设置波特率为115200。你将看到类似以下的输出：

MPU6050 connection successful
Pitch: 15.23 Roll: -10.45
Pitch: 16.12 Roll: -9.87
...

这些数据表示MPU6050传感器在俯仰角和横滚角上的值。当设备倾斜超过30度时，LED会点亮；当设备恢复水平时，LED会熄灭。