Rotation und Beschleunigung mit dem Raspberry Pi messen

Beschleunigs- und Rotationssensoren sind den meisten aus Smartphones bekannt. Dabei ist die Rotation des Geräts feststellbar und darauf kann direkt eingegangen werden.

Mit dem Raspberry Pi und einem Gyroskop/Beschleunigsssensor (Accelerator) ist es möglich die Rotation als auch die Beschleunigung der 3 Achsen zu messen.
In diesem Tutorial zeige ich, wie man mit Hilfe des MPU 6050 die Werte mittels I2C ausließt und demonstriere es in einem Video.

Zubehör

Folgende Teile habe ich verwendet:

Bei dem Modul sind 2 Pin Header dabei, wovon eines gebogen ist. Ich habe die gebogenen Pins auf den Sensor gelötet habe, was Platz spart (siehe Bild):

20151125_205159

 

Aufbau

Das praktische an I2C ist, dass nur sehr wenige Pins belegt werden. Von den acht Pins des Sensor, müssen wir nur die oberen 4 verbinden:

Raspberry Pi MPU 6050
Pin 1 (3.3V) VCC
Pin 3 (SDA) SDA
Pin 5 (SCL) SCL
Pin 6 (GND) GND

 

GY-521_accelerometer_Gyroscope_Steckplatine

 

I²C aktivieren

Als erstes aktivieren wir SPI und I2C. Falls du das bereits in einem vorherigen Tutorial gemacht hast, kannst du diesen Schritt überspringen.

sudo raspi-config

Unter „8. Advanced Options“ gibt es den Eintrag „A7 I2C“, welchen wir aktivieren. Bei älteren Raspbian Versionen müssen die Einträge in der Datei /etc/modprobe.d/raspi-blacklist.conf auskommentiert (mit #) werden.

Anschließend bearbeiten wir die modules-Datei:

sudo nano /etc/modules

Falls die folgenden Zeilen nicht bereits enthalten sind, füge sie hinzu und starte den Pi anschließend neu (sudo reboot):

Nun installieren wir noch schnell die benötigten Tools:

sudo apt-get install i2c-tools python-smbus

Starten wir einen kleinen Test. Der Parameter -y 1 steht für Revision 2. Wer einen ganz alten Pi (vor 2013) hat, müsste stattdessen eine 0 angeben:

sudo i2cdetect -y 1

Falls das Gyroskop richtig angeschlossen ist, siehst du eine solche Ausgabe (falls du weitere I2C Module angeschlossen hast, sollten deren Hex-Adressen auch angezeigt werden):

pi@raspberrypi ~ $ sudo i2cdetect -y 1
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f
00: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
50: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- 68 -- -- -- -- -- -- --
70: -- -- -- -- -- -- -- --

Um das Gerät mit Adresse 68 (Achtung: Hexadezimal) unter dem Register anzusprechen geben wir folgendes ein:

sudo i2cget -y 1 0x68 0x75

Weitere Informationen zum ansprechen von I²C Modulen, insbesondere zu den Registern findest du hier: GPIOs mittels I2C Port Expander erweitern – Teil 1

 

Modul auslesen

Der bequemste Weg, um den Beschleunigungssensor auszulesen, ist wohl Python. Daher erstellen wir eine Datei und fügen den folgenden Code ein.

sudo nano gyro.py

Gespeichert wird mit STRG+O und beendet mit STRG+X. Anschließend kannst du das Skript ausführen.

sudo python gyro.py

Nun wirst du eine solche Ausgabe sehen, worin alle erfassten Daten enthalten sind:

Gyroskop
--------
gyroskop_xout:   -260  skaliert:  -2
gyroskop_yout:   -154  skaliert:  -2
gyroskop_zout:     78  skaliert:  0

Beschleunigungssensor
---------------------
beschleunigung_xout:   -1048  skaliert:  -0.06396484375
beschleunigung_yout:    -676  skaliert:  -0.041259765625
beschleunigung_zout:   16644  skaliert:  1.01586914062
X Rotation:  -2.32121150537
Y Rotation:  3.59994842011

Wer sich mit Beschleunigssensoren und Gyroskopen genauer beschäftigen will, sollte diesen Artikel (Englisch) lesen.

Zum Schluss noch ein kleines Beispielvideo, das die Nutzung des Sensors live zeigt:

63 Kommentare

    • Mit einem kleinen Trick: Ich habe auf meinem Pi einen Webserver installiert und dauerhaft die Werte in eine Datei geschrieben. Da der Pi OpenGL nicht (vollständig) unterstützt, habe ich auf dem PC diese Daten vom Pi (gleiches Netzwerk) ausgelesen und mittels OpenGL visualisiert. War nicht Teil des Tutorials, da es nur zur Demonstration dienen sollte, was man damit anfangen kann.

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      • Hallo Felix,
        das wäre mal ein nettes Tutorial. Hier könnten viele (u.a. ich) etwas von lernen! Ausgabe in Echtzeit ist für viele andere Fälle auch sehr interessant! Ich würde mich freuen. Gruß Benni

      • Meinst du OpenGL oder die Ausgabe? Das zweite ist sehr einfach: Beim Aufruf der Website / Service den aktuellen Sensorwert ausgeben (geht auch mit Node.JS o.ä).

      • Ich meine beides!

        Schritt 1: Zunächst die Ausgabe „auf eine Webseite“. Du schreibst ja, dass die Werte „dauerhaft in eine Datei geschrieben“ werden. Wird die Datei unendlich groß, oder werden die alten Werte überschrieben?

        Schritt 2: Wenn ich eine Webseite aufrufe, sehe ich ja nur die Werte vom Abrufzeitpunkt. Wie aktualisiere ich die Webseite so schnell, dass die Ausgabe „in Echtzeit“ ist?

        Schritt 3: Wie visualisiert man das mit OpenGL?

      • 1. Wird überschrieben (Daten speichern hat keinen Vorteil)
        2. Mehr als 30 Frames brauchen es nicht zu sein und 30x pro Sekunde abzufragen ist absolut kein Problem -> Echtzeit.
        3. Im Grunde nur ein Objekt erstellen und die Rotation entsprechend setzen (Transformationsmatrix). Da ich das Projekt vor über 2 Jahren erstellt habe, kann ich nicht mit Sicherheit sagen, ob ich es noch irgendwo habe 🙁

      • Es wird sehr hilfreich sein, wenn Sie den Webservice und OpenGl Code teilen können, ich brauche es wirklich. Danke im Voraus

  1. Ich bin ein Anfänger in diesem Gebiet und wollte fragen in welchen Einheiten die Messwerte denn angegeben werden. Und danke für den Code.

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  2. Hallo Felix,

    super Tutorial, danke dafür!

    Mich interessiert nun eine dauerhafte Ausgabe der Werte. D.h. ich würde den Sensor quasi für eine definierte Zeit ( ca. 10 sec) Werte ausgeben und am besten in eine csv-Datei speichern lassen.

    Könntest du mir sagen ob dafür viel an deinem Python-script geändert werden muss?

    Vielen Dank schonmal!

    Grüße,

    Max

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    • Hallo Max,
      eigentlich muss dafür kaum etwas geändert werden: Du brauchst zusätzlich eine Schleife und eine Funktion zum Speichern der Daten in der Datei. Der Rest ist ja bereits vorhanden.

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  3. Hallo Felix, ich habe noch eine Frage. Kann es sein, dass der Sensor regelmäßig kalibriert werden muss? Die Winkelwerte die ich bekomme sind ziemlich ungenau. Ich halte den Sensor gerade und er schwankt von 0 bis 30 Grad. Falls ja, könntest du mir einen tipp geben wo ich den Code für die Kalibrierung finde?

    Grüße Max

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    • Eine leichte Abweichung ist normal, da diese Sensoren ja recht günstig und daher nicht super genau sind. Dennoch reicht es für die meisten Anwendungen. Eine Kalibrierung war bei meinem Sensor nicht nötig (siehe Video)

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