こんにちは，けい(@Keimameshiba)です．
今回は，加速度センサーMPU6050を使って，
について，まとめていきたいと思います．
目次
使うプログラム
# -*- coding: utf-8 -*-
import smbus
import math
from time import sleep
import time
DEV_ADDR = 0x68
ACCEL_XOUT = 0x3b
ACCEL_YOUT = 0x3d
ACCEL_ZOUT = 0x3f
TEMP_OUT = 0x41
GYRO_XOUT = 0x43
GYRO_YOUT = 0x45
GYRO_ZOUT = 0x47
PWR_MGMT_1 = 0x6b
PWR_MGMT_2 = 0x6c
bus = smbus.SMBus(1)
time.sleep(0.2)
# 初期設定
bus.write_byte_data(DEV_ADDR, 0x6B, 0x80) # RESET
time.sleep(0.25)
bus.write_byte_data(DEV_ADDR, 0x6B, 0x00) # RESET
time.sleep(0.25)
bus.write_byte_data(DEV_ADDR, 0x6A, 0x07) # RESET
time.sleep(0.25)
bus.write_byte_data(DEV_ADDR, 0x6A, 0x00) # RESET
time.sleep(0.25)
bus.write_byte_data(DEV_ADDR, 0x1A, 0x00) # CONFIG
bus.write_byte_data(DEV_ADDR, 0x1B, 0x18) # +-2000°/s
bus.write_byte_data(DEV_ADDR, 0x1C, 0x08) # +-4g
time.sleep(0.1)
def read_word(adr):
high = bus.read_byte_data(DEV_ADDR, adr)
low = bus.read_byte_data(DEV_ADDR, adr+1)
val = (high << 8) + low
return val
def read_word_sensor(adr):
val = read_word(adr)
if (val >= 0x8000): return -((65535 - val) + 1)
else: return val
def get_temp():
temp = read_word_sensor(TEMP_OUT)
x = temp / 340 + 36.53 # data sheet(register map)記載の計算式.
return x
def getGyro():
x = read_word_sensor(GYRO_XOUT)/ 16.4
y = read_word_sensor(GYRO_YOUT)/ 16.4
z = read_word_sensor(GYRO_ZOUT)/ 16.4
return [x, y, z]
def getAccel():
x = read_word_sensor(ACCEL_XOUT)/ 8192
y= read_word_sensor(ACCEL_YOUT)/ 8192
z= read_word_sensor(ACCEL_ZOUT)/ 8192
return [x, y, z]
file = open("accel_data.csv", "w")
while(True):
for i in range(1000):
ax, ay, az = getAccel()
gx, gy, gz = getGyro()
print ('{0:4.3f}, {0:4.3f}, {0:4.3f}, {0:4.3f}, {0:4.3f}, {0:4.3f},' .format(gx, gy, gz, ax, ay, az))
file.write(str(gx) + "," + str(gy) + "," + str(gz) + "," + str(ax) + "," + str(ay) + "," + str(az) + "\n")
time.sleep(0.02)
break
file.close()I2C通信をするにあたって，smbusというライブラリを用います．
MPU-6050のデータシートを読む
全部読まなくてもいい？
データシートってページ数が多いし，学校でも読み方を教えてくれないので大変ですよね．
でも大丈夫！ 全部読まなくてもオッケー！
独学なので間違っているかもしれませんが，基本的には部分的に見れば問題ないと思っています．
データシート
実際に見ていきましょう． MPU-6050のデータシート
まず，6~8ページのレジスタマップの大事な部分を見ていきます．
レジスタマップから上の３枚を抜き出しました．
基本的にはこの部分しか操作しないと思って大丈夫です．
順に見ていきましょう．
初期化
初めに，MPU-6050を使うにあたって，初期化と初期設定のようなものを行います．
そのため，プログラム上ではレジスタに書き込む操作をします．
こちらは先ほどの写真です．
PWR_MGMTはpower manegementの略です．
PWR_MGMT_1のBit7に1を書き込むとデバイスがリセットされます．10000000→0x80
また，CLKSELでクロック周波数を8MHzに決定します．0→0x00
次に6Aレジスタを設定します．Bit2,Bit1,Bit0にそれぞれ1を書き込むことで，各種のリセットができます．111→0x07
先ほどと同じように0x00をまた書き込みます．
ここまでのプログラムが以下で表せます．
bus.write_byte_data(DEV_ADDR, 0x6B, 0x80) # RESET
bus.write_byte_data(DEV_ADDR, 0x6B, 0x00) # RESET
bus.write_byte_data(DEV_ADDR, 0x6A, 0x07) # RESET
bus.write_byte_data(DEV_ADDR, 0x6A, 0x00) # RESET初期設定（加速度とジャイロ）
続いて，ジャイロセンサーと加速度センサーのレンジ設定を行います．
こちらは先ほどの写真です．
CONFIGというのは設定を表しています．GYRO_CONFIGのページを見てみます．
ここでは，ジャイロセンサーの設定を行います．
GYRO_CONFIGは0x1Bレジスタで，Bit4とBit3に設定値を書き込むことで，尺度の設定ができます．
Full Scale Rangeが大きくすれば，測れる大きさが大きくなって量子化誤差が大きくなるワン！
逆にFull Scale Rangeが小さくすれば，測れる大きさが小さくなって精度が高く測定できるワン！
今回はFull Scale Rangeが±2000°/sに設定します．FS_SELが3つまり，２進数では11です．その下に0が3つ，11000を16進数に変換すると，0x18を書き込めばよいことになります．
bus.write_byte_data(DEV_ADDR, 0x1B, 0x18)次は加速度の設定に移ります．
設定の仕方はジャイロと同じです．今回は±4gのスケールで使います．よってAFS_SELに01，つまり，0x08をレジスタに書き込みます．
単位換算
センサーから受け取った数値を，それぞれ単位に換算した値に変換します．
加速度は±4gの設定にしたので，1g[m/s^2]あたり8192という値を持っています．
よって，8192でセンサー値を割ることで，値が1に対して1g[m/s^2]になります．
ジャイロは±2000°/sに設定したので，16.4でセンサー値を割ることで，値1が1°/sを表します．
温度の値は，上の式で°cに合わせることができます．
配線
I2C通信でセンサーと通信するので，信号線2本と電源線2本をつなぎます．
配線後，ターミナルで以下のコマンドを入力してください．
＄ sudo i2cdetect -y 1
このように，センサーのアドレス値が返ってきたら，正しくつなげています．
CSVファイルに出力
file = open("accel_data.csv", "w")この文でファイルを書き込み用のcsvファイルとして指定します．
file.write()関数で，書き込みたい値を文字列で入力します．
最後にfile.close()関数を忘れずに書きます．（with as を使えば書く必要はないです)
エクセルで可視化
実際に上のプログラムを，走りながら 実行してみました．
なかなかいいデータを得ることができました．
ジャイロよりも加速度の方が周期性がありそうです．
今回の測定ではZ軸を体の軸と同じにして測定したので，走っているときは重力の３~４倍の加速度が足にかかることが分かりました．
まとめ
今回はRaspberry piで家にあったMPU-6050を用いて，エクセルで加速度とジャイロの可視化を行ってみました．
今回の方法は他の物でも色々と応用できそうです．
ではまた！！
合わせて読みたい
今回使った三軸加速度
・データシートの読み方
・配線
・CSVファイルに出力して，Excellで可視化