Fig. 09 · Labo de robotique · Un gyroscope et un accéléromètre sur deux fils

Alarme d'inclinaison MPU-6050

Arduino Nano

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Banc

Pas encore de mesure

Roulis

Pas encore de mesure

Consommation

0 mA

Monter et casser

1MonterÀ suivre
Démontez jusqu'au circuit nu
Retirez tous les composants de la carte bleue. Vous allez la remonter comme elle est fabriquée : la puce, le régulateur et les petits composants d'abord, puis le connecteur.
2
Placement automatique des composants CMS, puis refusion
3
Posez le connecteur 8 broches
4
Soudez le connecteur
5
Câblez le Nano
6
Câblez le buzzer
7
Mettez le banc sous tension
8
Téléversez « Mesures brutes »
9
Téléversez « Alarme d'inclinaison »
10
Téléversez « Jamais réveillée »
11
Téléversez « Scan I2C »
12
Câblez VCC et GND à l'enversCasser
13
Alimentez VCC depuis une LiPo 2SCasser
14
Oubliez C14Casser
15
Oubliez R6Casser
16
Laissez une soudure froide sur SDACasser
17
Posez C10 à l'enversCasser
18
Vue éclatée

Casser exprès

Chaque panne est de celles qui piègent ceux qui montent pour de vrai. Déclenchez-la, lisez le symptôme sur le banc, puis réparez.

VCC inversé
polarité inversée
Pourquoi ça arrive
Symptôme: La LED reste éteinte et le régulateur chauffe ; ensuite, la carte peut ne plus rien lire.
Rien sur la GY-521 ne bloque une alimentation inversée. Le courant traverse à l'envers les diodes de protection du régulateur et de la puce, limité seulement par l'USB du Nano. Quelques secondes peuvent tuer le 662K, et parfois le MPU-6050.
Solution: Débranchez immédiatement, câblez VCC sur 5V et GND sur GND, et remplacez le régulateur s'il a chauffé.
7,4 V sur VCC
mauvaise tension
Pourquoi ça arrive
Symptôme: Le régulateur grille : une odeur, un boîtier décoloré. Ensuite, plus rien ne répond sur le bus.
Le 662K (XC6206) est prévu pour 6 V en entrée. Une LiPo 2S donne 7,4-8,4 V. Si le régulateur lâche en court-circuit, la tension de la batterie atteint aussi le MPU-6050, qui supporte 3,46 V.
Solution: Alimentez VCC depuis le 5V du Nano, jamais depuis la batterie du robot ni depuis VIN.
Pas de condensateur sur CPOUT
pièce manquante
Pourquoi ça arrive
Symptôme: gx saute de dizaines de °/s alors que la carte est posée immobile. L'accéléromètre va bien.
La pompe de charge du gyroscope a besoin de son condensateur pour produire la tension qui fait vibrer les masses de mesure. Sans lui, la sortie du gyroscope n'est que du bruit. L'Arduino Playground le signale : un mauvais condensateur donne un niveau de bruit élevé.
Solution: Posez C14 (2,2 nF) et refaites la refusion.
Pas de pull-down sur AD0
entrée flottante
Pourquoi ça arrive
Symptôme: Le buzzer sonne sur un robot immobile : le sketch affiche roll -135° et ALARM.
Avec AD0 qui flotte à l'état haut, la puce répond à 0x69. Le sketch interroge 0x68, personne ne répond, et Wire.read() renvoie -1 pour chaque octet. Chaque valeur lit -1 point, et atan2(-1, -1) vaut -135°.
Solution: Posez R6, ou mettez MPU à 0x69 dans le sketch. Mieux : vérifiez que requestFrom() a bien reçu ses 14 octets avant de les utiliser.
Soudure froide sur SDA
soudure froide
Pourquoi ça arrive
Symptôme: De brèves fausses alarmes : de temps en temps, une lecture revient avec roll -135°.
À travers une soudure qui fait et défait le contact, certaines lectures ne reçoivent pas de réponse et reviennent avec -1 partout. Une alarme qui se fie à une seule lecture bipe à chacune d'elles.
Solution: Réchauffez la soudure avec de la soudure neuve jusqu'à ce qu'elle coule en un cône brillant. Dans le sketch, ignorez une lecture qui a échoué.
C10 posé à l'envers
pièce à l'envers
Pourquoi ça arrive
Symptôme: Le condensateur tantale chauffe dès la mise sous tension de la carte, et peut se fissurer ou fumer.
La couche d'oxyde d'un condensateur tantale ne bloque le courant que dans un sens. Inversé, il conduit, chauffe et peut lâcher en court-circuit.
Solution: Débranchez, posez-en un neuf avec la bande (+) du côté du 3,3 V, comme indiqué sur la sérigraphie.

Présentation du banc

montez la GY-521, réveillez-la, puis faites-la avertir quand le robot bascule

Un robot a besoin de savoir où est le bas. Le MPU-6050 de cette petite carte bleue GY-521 mesure l'accélération sur trois axes, gravité comprise, et la vitesse de rotation sur trois autres, et transmet le tout en I2C à l'adresse 0x68. À plat, il lit 1 g sur Z ; incliné, une partie de ce 1 g passe sur Y, et atan2(ay, az) donne l'angle. Montez la carte, lisez-la depuis un Nano avec de simples appels Wire, puis faites sonner un buzzer quand le robot bascule au-delà de 20°. Ensuite, cassez-la : alimentez-la à l'envers ou depuis une LiPo, oubliez le condensateur dont le gyroscope a besoin, perdez le pull-down d'adresse, laissez une soudure froide sur SDA et posez le condensateur tantale à l'envers.

Sources

Sur le banc

Sélectionné

Le sketch utilise 4 598 octets d'espace programme

Code : Mesures brutes

// MPU-6050 : lectures I2C brutes, sans bibliothèque
#include <Wire.h>

const int MPU = 0x68;   // AD0 à l'état bas : adresse 0x68
int16_t ax, ay, az, gx;

void wake() {
  Wire.beginTransmission(MPU);
  Wire.write(0x6B);     // PWR_MGMT_1 : écrire 0 pour réveiller la puce (elle démarre endormie)
  Wire.write(0);
  Wire.endTransmission();
}

void readImu() {
  Wire.beginTransmission(MPU);
  Wire.write(0x3B);     // ACCEL_XOUT_H : les 14 octets à partir d'ici sont l'accélération X, Y, Z, la température, le gyroscope X, Y, Z
  Wire.endTransmission(false);
  Wire.requestFrom(MPU, 14);
  ax = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  ay = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  az = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  Wire.read(); Wire.read();   // la température : ignorée
  gx = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  Wire.read(); Wire.read(); Wire.read(); Wire.read();
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Wire.begin();
  wake();
  Serial.println("mpu6050: awake, +-2 g, +-250 deg/s");
}

void loop() {
  readImu();
  Serial.print("ax ");
  Serial.print(ax / 16384.0, 2);   // 16384 points = 1 g à ±2 g
  Serial.print(" ay ");
  Serial.print(ay / 16384.0, 2);
  Serial.print(" az ");
  Serial.print(az / 16384.0, 2);
  Serial.print(" g | gx ");
  Serial.print(gx / 131.0, 1);     // 131 points = 1 °/s à ±250 °/s
  Serial.println(" deg/s");
  delay(1000);
}

Exercices pratiques

0/2 exercices

Écrivez le code, puis lancez les vérifications. L'exécution utilise une horloge virtuelle et un monde scripté : le même code donne toujours le même résultat.

Déclenchez l'alarme au-delà de 20°

Arduino C++

Le code de départ lit l'inclinaison et l'affiche, mais rien n'avertit personne. Quand le roulis dépasse 20° d'un côté ou de l'autre, mettez D13 à HIGH et jouez une tonalité de 2 kHz sur le buzzer (D8) ; sinon, D13 à LOW et noTone(). La carte est d'abord à plat, inclinée de 35° à 2 s, revenue à -10° à 3,5 s et inclinée de -40° à 5 s.

Vérifications

Pas encore lancéTourne
Pas encore lancéÀ plat : D13 à LOW
Pas encore lancéInclinée de 35° : D13 à HIGH
Pas encore lancéInclinée de 35° : le buzzer sonne à environ 2 kHz
Pas encore lancéRevenue à -10° : D13 de nouveau à LOW
Pas encore lancéInclinée de -40° : D13 à HIGH
Pas encore lancéInclinée de -40° : le buzzer sonne

Indices

abs(roll) > 20 couvre les deux sens.
tone(BUZZER, 2000) continue de jouer jusqu'à noTone(BUZZER).
digitalWrite(13, alarm ? HIGH : LOW); règle la LED en une ligne.

Code pour Déclenchez l'alarme au-delà de 20°

// Avertir avec D13 et le buzzer quand le robot bascule au-delà de 20°
#include <Wire.h>

const int MPU = 0x68;   // AD0 à l'état bas : adresse 0x68
int16_t ax, ay, az, gx;

void wake() {
  Wire.beginTransmission(MPU);
  Wire.write(0x6B);     // PWR_MGMT_1 : écrire 0 pour réveiller la puce (elle démarre endormie)
  Wire.write(0);
  Wire.endTransmission();
}

void readImu() {
  Wire.beginTransmission(MPU);
  Wire.write(0x3B);     // ACCEL_XOUT_H : les 14 octets à partir d'ici sont l'accélération X, Y, Z, la température, le gyroscope X, Y, Z
  Wire.endTransmission(false);
  Wire.requestFrom(MPU, 14);
  ax = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  ay = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  az = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  Wire.read(); Wire.read();   // la température : ignorée
  gx = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  Wire.read(); Wire.read(); Wire.read(); Wire.read();
}

const int BUZZER = 8;
unsigned long lastPrint = 0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Wire.begin();
  wake();
  pinMode(13, OUTPUT);
  Serial.println("tilt alarm: beeps past 20 deg");
}

void loop() {
  readImu();
  float roll = atan2(ay, az) * 180.0 / PI;
  // au-delà de 20° d'un côté ou de l'autre : D13 à HIGH et une tonalité de 2 kHz ; sinon, D13 à LOW et noTone()
  if (millis() - lastPrint >= 1000) {
    lastPrint = millis();
    Serial.print("roll ");
    Serial.print(roll, 0);
    Serial.print(" deg");
    if (abs(roll) > 20) Serial.print(" ALARM");
    Serial.println();
  }
  delay(100);
}

Calibrez le gyroscope

Arduino C++

La carte est posée immobile, et pourtant gx lit environ 0,6 °/s : c'est le décalage à vitesse nulle du gyroscope, jusqu'à ±20 °/s sur cette puce. Intégrez-le et l'angle dérive. Dans setup(), lisez gx 200 fois, faites la moyenne des points dans offset et affichez-la sous la forme "calibrated: offset N counts". loop() la soustrait déjà.

Vérifications

Pas encore lancéTourne
Pas encore lancéAffiche le décalage mesuré, environ 79 points
Pas encore lancéAprès le calibrage, gx lit 0,00 °/s au repos

Indices

long sum = 0; for (int i = 0; i < 200; i++) { sum += readGx(); delay(2); }
offset = sum / 200; la garde en points, comme les lectures.
Gardez la carte immobile pendant le calibrage : toute rotation s'ajoute au décalage.

Code pour Calibrez le gyroscope

Monter et casser

1MonterÀ suivre

Démontez jusqu'au circuit nu

Retirez tous les composants de la carte bleue. Vous allez la remonter comme elle est fabriquée : la puce, le régulateur et les petits composants d'abord, puis le connecteur.

Placement automatique des composants CMS, puis refusion

Posez le connecteur 8 broches

Soudez le connecteur

Câblez le Nano

Câblez le buzzer

Mettez le banc sous tension

Téléversez « Mesures brutes »

Téléversez « Alarme d'inclinaison »

Téléversez « Jamais réveillée »

Téléversez « Scan I2C »

Câblez VCC et GND à l'enversCasser

Alimentez VCC depuis une LiPo 2SCasser

Oubliez C14Casser

Oubliez R6Casser

Laissez une soudure froide sur SDACasser

Posez C10 à l'enversCasser

Vue éclatée

Présentation du banc

montez la GY-521, réveillez-la, puis faites-la avertir quand le robot bascule

Sur le banc

Sélectionné

Le sketch utilise 4 598 octets d'espace programme

Code : Mesures brutes

// MPU-6050 : lectures I2C brutes, sans bibliothèque
#include <Wire.h>

const int MPU = 0x68;   // AD0 à l'état bas : adresse 0x68
int16_t ax, ay, az, gx;

void wake() {
  Wire.beginTransmission(MPU);
  Wire.write(0x6B);     // PWR_MGMT_1 : écrire 0 pour réveiller la puce (elle démarre endormie)
  Wire.write(0);
  Wire.endTransmission();
}

void readImu() {
  Wire.beginTransmission(MPU);
  Wire.write(0x3B);     // ACCEL_XOUT_H : les 14 octets à partir d'ici sont l'accélération X, Y, Z, la température, le gyroscope X, Y, Z
  Wire.endTransmission(false);
  Wire.requestFrom(MPU, 14);
  ax = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  ay = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  az = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  Wire.read(); Wire.read();   // la température : ignorée
  gx = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  Wire.read(); Wire.read(); Wire.read(); Wire.read();
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Wire.begin();
  wake();
  Serial.println("mpu6050: awake, +-2 g, +-250 deg/s");
}

void loop() {
  readImu();
  Serial.print("ax ");
  Serial.print(ax / 16384.0, 2);   // 16384 points = 1 g à ±2 g
  Serial.print(" ay ");
  Serial.print(ay / 16384.0, 2);
  Serial.print(" az ");
  Serial.print(az / 16384.0, 2);
  Serial.print(" g | gx ");
  Serial.print(gx / 131.0, 1);     // 131 points = 1 °/s à ±250 °/s
  Serial.println(" deg/s");
  delay(1000);
}

Alarme d'inclinaison MPU-6050

Le banc

Monter et casser

Démontez jusqu'au circuit nu

Placement automatique des composants CMS, puis refusion

Posez le connecteur 8 broches

Soudez le connecteur

Câblez le Nano

Câblez le buzzer

Mettez le banc sous tension

Téléversez « Mesures brutes »

Téléversez « Alarme d'inclinaison »

Téléversez « Jamais réveillée »

Téléversez « Scan I2C »

Câblez VCC et GND à l'enversCasser

Alimentez VCC depuis une LiPo 2SCasser

Oubliez C14Casser

Oubliez R6Casser

Laissez une soudure froide sur SDACasser

Posez C10 à l'enversCasser

Vue éclatée

Casser exprès

VCC inversé

7,4 V sur VCC

Pas de condensateur sur CPOUT

Pas de pull-down sur AD0

Soudure froide sur SDA

C10 posé à l'envers

État en direct

Consommation

Testez-vous

Après : Soudez le connecteur

Après : Téléversez « Alarme d'inclinaison »

Après : Posez C10 à l'envers

Quiz de fin de banc

Présentation du banc

Sources

Sur le banc

Exercices pratiques

Déclenchez l'alarme au-delà de 20°

Vérifications

Calibrez le gyroscope

Vérifications

Alarme d'inclinaison MPU-6050

Le banc

Monter et casser

Démontez jusqu'au circuit nu

Placement automatique des composants CMS, puis refusion

Posez le connecteur 8 broches

Soudez le connecteur

Câblez le Nano

Câblez le buzzer

Mettez le banc sous tension

Téléversez « Mesures brutes »

Téléversez « Alarme d'inclinaison »

Téléversez « Jamais réveillée »

Téléversez « Scan I2C »

Câblez VCC et GND à l'enversCasser

Alimentez VCC depuis une LiPo 2SCasser

Oubliez C14Casser

Oubliez R6Casser

Laissez une soudure froide sur SDACasser

Posez C10 à l'enversCasser

Vue éclatée

Casser exprès

VCC inversé

7,4 V sur VCC

Pas de condensateur sur CPOUT

Pas de pull-down sur AD0

Soudure froide sur SDA

C10 posé à l'envers

État en direct

Consommation

Testez-vous

Après : Soudez le connecteur

Après : Téléversez « Alarme d'inclinaison »

Après : Posez C10 à l'envers

Quiz de fin de banc

Présentation du banc

Sources