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.. _2.2.9_py_pi5:
2.2.9 MPU6050モジュール
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はじめに
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MPU-6050は、スマートフォン、タブレット、およびウェアラブルセンサー向けに設計された、世界初かつ唯一の6軸モーショントラッキングデバイス（3軸ジャイロスコープと3軸アクセラメーター）です。低消費電力、低コスト、高性能の要件を持つこれらの機能を備えています。
この実験では、MPU6050の3軸加速度センサーと3軸ジャイロスコープの値をI2Cを使用して取得し、それらを画面に表示します。
必要な部品
------------------------------
このプロジェクトには、次のコンポーネントが必要です。
.. image:: ../python_pi5/img/2.2.9_mpu6050_list.png
一式を購入するのが便利です、こちらがリンクです：
.. list-table::
:widths: 20 20 20
:header-rows: 1
* - 名前
- このキットのアイテム
- リンク
* - Raphael Kit
- 337
- |link_Raphael_kit|
以下のリンクから別々に購入することもできます。
.. list-table::
:widths: 30 20
:header-rows: 1
* - コンポーネントの紹介
- 購入リンク
* - :ref:`cpn_gpio_board`
- |link_gpio_board_buy|
* - :ref:`cpn_breadboard`
- |link_breadboard_buy|
* - :ref:`cpn_wires`
- |link_wires_buy|
* - :ref:`cpn_mpu6050`
- |link_mpu6050_buy|
回路図
-----------------
MPU6050はI2Cバスインターフェースを介してマイクロコントローラと通信します。SDA1とSCL1は対応するピンに接続する必要があります。
.. image:: ../python_pi5/img/2.2.9_mpu6050_schematic.png
実験手順
-------------------------------
**ステップ 1:** 回路を組み立てます。
.. image:: ../python_pi5/img/2.2.9_mpu6050_circuit.png
**ステップ 2:** I2Cのセットアップを行います（Appendix :ref:`i2c_config` を参照してください。I2Cを設定済みの場合は、このステップをスキップします。）
**ステップ 3:** コードのフォルダに移動します。
.. raw:: html
.. code-block::
cd ~/raphael-kit/python-pi5
**ステップ 4:** 実行可能ファイルを実行します。
.. raw:: html
.. code-block::
sudo python3 2.2.9_mpu6050_zero.py
コードを実行すると、MPU6050によって読み取られたx軸およびy軸の偏角、および加速度、各軸の角速度が計算された後、画面に表示されます。
.. note::
* エラーが発生した場合、 ``FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: '/dev/i2c-1'`` と表示される場合、I2Cを有効にするために :ref:`i2c_config` を参照してください。
* ``ModuleNotFoundError: No module named 'smbus2'`` エラーが表示された場合、 ``sudo pip3 install smbus2`` を実行してください。
* エラー ``OSError: [Errno 121] Remote I/O error`` が表示される場合、モジュールの接続が誤っているか、モジュールが壊れていることを示します。
.. warning::
エラー メッセージ ``RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address`` が表示された場合は、 :ref:`faq_soc` を参照してください。
**コード**
.. note::
以下のコードを **変更/リセット/コピー/実行/停止** することができます。ただし、その前に ``raphael-kit/python_5`` のソースコードパスに移動する必要があります。コードを変更した後、効果を確認するために直接実行できます。
.. raw:: html
.. code-block:: python
import smbus
import math
import time
# Power management registers
power_mgmt_1 = 0x6b
power_mgmt_2 = 0x6c
def read_byte(adr):
return bus.read_byte_data(address, adr)
def read_word(adr):
high = bus.read_byte_data(address, adr)
low = bus.read_byte_data(address, adr+1)
val = (high << 8) + low
return val
def read_word_2c(adr):
val = read_word(adr)
if (val >= 0x8000):
return -((65535 - val) + 1)
else:
return val
def dist(a,b):
return math.sqrt((a*a)+(b*b))
def get_y_rotation(x,y,z):
radians = math.atan2(x, dist(y,z))
return -math.degrees(radians)
def get_x_rotation(x,y,z):
radians = math.atan2(y, dist(x,z))
return math.degrees(radians)
bus = smbus.SMBus(1) # or bus = smbus.SMBus(1) for Revision 2 boards
address = 0x68 # This is the address value read via the i2cdetect command
# Now wake the 6050 up as it starts in sleep mode
bus.write_byte_data(address, power_mgmt_1, 0)
while True:
time.sleep(0.1)
gyro_xout = read_word_2c(0x43)
gyro_yout = read_word_2c(0x45)
gyro_zout = read_word_2c(0x47)
print ("gyro_xout : ", gyro_xout, " scaled: ", (gyro_xout / 131))
print ("gyro_yout : ", gyro_yout, " scaled: ", (gyro_yout / 131))
print ("gyro_zout : ", gyro_zout, " scaled: ", (gyro_zout / 131))
accel_xout = read_word_2c(0x3b)
accel_yout = read_word_2c(0x3d)
accel_zout = read_word_2c(0x3f)
accel_xout_scaled = accel_xout / 16384.0
accel_yout_scaled = accel_yout / 16384.0
accel_zout_scaled = accel_zout / 16384.0
print ("accel_xout: ", accel_xout, " scaled: ", accel_xout_scaled)
print ("accel_yout: ", accel_yout, " scaled: ", accel_yout_scaled)
print ("accel_zout: ", accel_zout, " scaled: ", accel_zout_scaled)
print ("x rotation: " , get_x_rotation(accel_xout_scaled, accel_yout_scaled, accel_zout_scaled))
print ("y rotation: " , get_y_rotation(accel_xout_scaled, accel_yout_scaled, accel_zout_scaled))
time.sleep(1)
**コードの説明**
1. MPU6050から送信されたセンサーデータを読み取ります。
.. code-block:: python
def read_word(adr):
high = bus.read_byte_data(address, adr)
low = bus.read_byte_data(address, adr+1)
val = (high << 8) + low
return val
def read_word_2c(adr):
val = read_word(adr)
if (val >= 0x8000):
return -((65535 - val) + 1)
else:
return val
2. y軸の偏角を計算します。
.. code-block:: python
def get_y_rotation(x,y,z):
radians = math.atan2(x, dist(y,z))
return -math.degrees(radians)
3. x軸の偏角を計算します。
.. code-block:: python
def get_x_rotation(x,y,z):
radians = math.atan2(y, dist(x,z))
return math.degrees(radians)
4. ジャイロスコープセンサーのx軸、y軸、z軸の値を読み取り、メタデータを角速度の値に変換し、それらを表示します。
.. code-block:: python
gyro_xout = read_word_2c(0x43)
gyro_yout = read_word_2c(0x45)
gyro_zout = read_word_2c(0x47)
print ("gyro_xout : ", gyro_xout, " scaled: ", (gyro_xout / 131))
print ("gyro_yout : ", gyro_yout, " scaled: ", (gyro_yout / 131))
print ("gyro_zout : ", gyro_zout, " scaled: ", (gyro_zout / 131))
5. 加速度センサーのx軸、y軸、z軸の値を読み取り、その値を加速度（重力単位）に変換し、それらを表示します。
.. code-block:: python
accel_xout = read_word_2c(0x3b)
accel_yout = read_word_2c(0x3d)
accel_zout = read_word_2c(0x3f)
accel_xout_scaled = accel_xout / 16384.0
accel_yout_scaled = accel_yout / 16384.0
accel_zout_scaled = accel_zout / 16384.0
print ("accel_xout: ", accel_xout, " scaled: ", accel_xout_scaled)
print ("accel_yout: ", accel_yout, " scaled: ", accel_yout_scaled)
print ("accel_zout: ", accel_zout, " scaled: ", accel_zout_scaled)
6. x軸およびy軸の偏角を表示します。
.. code-block:: python
print ("x rotation: " , get_x_rotation(accel_xout_scaled, accel_yout_scaled, accel_zout_scaled))
print ("y rotation: " , get_y_rotation(accel_xout_scaled, accel_yout_scaled, accel_zout_scaled))