Đồ án, Review Đồ án

MPU6050 giao tiếp STM32, Cảm biến gia tốc + Oled + STM

Posted on by Điện tử Nhật Tùng
cam-bien-gia-toc-mpu6050-giao-tiep-stm32-hien-thi-iledcam-bien-gia-toc-mpu6050-giao-tiep-stm32-hien-thi-iled
MPU6050 giao tiếp STM32 dùng Cảm biến GY-521 6DOF IMU MPU6050 được sử dụng để đo 6 thông số: 3 trục Góc quay (Gyro), 3 trục gia tốc hướng (Accelerometer), là loại cảm biến gia tốc phổ biến nhất trên thị trường hiện nay, ví dụ và code dành cho nó rất nhiều và hầu như có trên mọi loại vi điều khiển, nếu bạn muốn mua cảm biến gia tốc để làm các mô hình như con lắc động, xe tự cân bằng, máy bay,… thì MPU6050 sẽ là sự lựa chọn tối ưu. MPU6050/GY521 dùng để đo gia tốc góc, vận tốc góc, góc quay với độ chính xác lên tới 0.01 độ, đo gia tốc, vận tốc chuyển động tịnh tiến
Liên hệ làm Đồ án và Mạch điện tử Phone : 0967.551.477 Zalo    : 0967.551.477 FB      : Huỳnh Nhật Tùng Email : dientunhattung@gmail.com Địa Chỉ: 171/25 Lê Văn Thọ, P8, Gò Vấp, Tp HCM Chi tiết: Nhận làm mạch và đồ án Điện tử  

1. Linh kiện cần thiết làm mạch cảm biến gia tốc MPU6050 giao tiếp STM32

1.1 Vi điều khiển STM trong mạch cảm biến gia tốc MPU6050 giao tiếp STM32

a. Giới thiệu

STM32 là một trong những dòng chip phổ biến của ST với nhiều họ thông dụng như F0,F1,F2,F3,F4….. Stm32f103 thuộc họ F1 với lõi là ARM COTEX M3. STM32F103 là vi điều khiển 32 bit, tốc độ tối đa là 72Mhz. Giá thành cũng khá rẻ so với các loại vi điều khiển có chức năng tương tự. Mạch nạp cũng như công cụ lập trình khá đa dạng và dễ sử dụng. Một số ứng dụng chính: dùng cho driver để điều khiển ứng dụng, điều khiển ứng dụng thông thường, thiết bị cầm tay và thuốc, máy tính và thiết bị ngoại vi chơi game, GPS cơ bản, các ứng dụng trong công nghiệp, thiết bị lập trình PLC, biến tần, máy in, máy quét, hệ thống cảnh báo, thiết bị liên lạc nội bộ… Phần mềm lập trình: có khá nhiều trình biên dịch cho STM32 như IAR Embedded Workbench, Keil C… Ở đây mình sử dụng Keil C nên các bài viết sau mình chỉ đề cập đến Keil C. review-do-an-stm-stm32f103

Thông tin khác

Vi xử lý có rất nhiều loại bắt đầu từ 4 bit cho đến 32 bit, vi xử lý 4 bit hiện nay không còn nhưng vi xử lý 8 bit vẫn còn mặc dù đã có vi xử lý 64 bit. Lý do sự tồn tại của vi xử lý 8 bit là phù hợp với một số yêu cầu điều khiển trong công nghiệp. Các vi xử lý 32 bit, 64 bit thường sử dụng cho các máy tính vì khối lượng dữ liệu của máy tính rất lớn nên cần các vi xử lý càng mạnh càng tốt. Các hệ thống điều khiển trong công nghiệp sử dụng các vi xử lý 8 bit hay 16 bit như hệ thống điện của xe hơi, hệ thống điều hòa, hệ thống điều khiển các dây chuyền sản xuất, … các ứng dụng của vi điều khiển

b. Sơ lược về STM32:

  • 1 cổng Mini USB dùng để cấp nguồn, nạp cũng như debug.
  • 2 MCU bao gồm 1 MCU nạp và 1 MCU dùng để lập trình.
  • Có chân Output riêng cho các chân mạch nạp trên MCU1.
  • Có chân Output đầy đủ cho các chân MCU2.
  • Chân cấp nguồn ngoài riêng cho MCU2 nếu không sử dụng nguồn từ USB.
  • Thạch anh 32,768khz dùng cho RTC và Backup.
  • Chân nạp dùng cho chế độ nạp boot loader.
  • Nút Reset ngoài và 1 led hiển thị trên chân PB9, 1 led báo nguồn cho MCU2.
review-do-an-stm-stm32f103-nguyen-bang

c.Thông số kỹ thuật STM32

  • Vi điều khiển: STM32F103C8T6.
  • Điện áp cấp 5VDC qua cổng Micro USB sẽ được chuyển đổi thành 3.3VDC qua IC nguồn và cấp cho Vi điều khiển chính.
  • Tích hợp sẵn thạch anh 8Mhz.
  • Tích hợp sẵn thạnh anh 32Khz cho các ứng dụng RTC.
  • Ra chân đầy đủ tất cả các GPIO và giao tiếp: CAN, I2C, SPI, UART, USB,…
  • Tích hợp Led trạng thái nguồn, Led PC13, Nút Reset.
  • Kích thước: 53.34 x 15.24mm
  •  Sử dụng với các mạch nạp:
    • ST-Link Mini
    • J-link
    • USB TO COM
  • Kết nối chân khi nạp bằng ST-Link Mini
  • Nạp theo chuẩn SWD
    • TCK — SWCLK
    • TMS — SWDIO
    • GND — GND
    • 3.3V — 3.3V

d. Cấu hình 

  • ARM 32-bit Cortex M3 với clock max là 72Mhz.
  • Bộ nhớ:
    • 64 kbytes bộ nhớ Flash(bộ nhớ lập trình).
    • 20kbytes SRAM.
  • Clock, reset và quản lý nguồn.
    • Điện áp hoạt động 2.0V -> 3.6V.
    • Power on reset(POR), Power down reset(PDR) và programmable voltage detector (PVD).
    • Sử dụng thạch anh ngoài từ 4Mhz -> 20Mhz.
    • Thạch anh nội dùng dao động RC ở mode 8Mhz hoặc 40khz.
    • Sử dụng thạch anh ngoài 32.768khz được sử dụng cho RTC.
  • Trong trường hợp điện áp thấp:
    • Có các mode :ngủ, ngừng hoạt động hoặc hoạt động ở chế độ chờ.
    • Cấp nguồn ở chân Vbat bằng pin để hoạt động bộ RTC và sử dụng lưu trữ data khi mất nguồn cấp chính.
  • 2 bộ ADC 12 bit với 9 kênh cho mỗi bộ.
    • Khoảng giá trị chuyển đổi từ 0 – 3.6V.
    • Lấy mẫu nhiều kênh hoặc 1 kênh.
    • Có cảm biến nhiệt độ nội.
  • DMA: bộ chuyển đổi này giúp tăng tốc độ xử lý do không có sự can thiệp quá sâu của CPU.
    • 7 kênh DMA.
    • Hỗ trợ DMA cho ADC, I2C, SPI, UART.
  • 7 timer.
    • 3 timer 16 bit hỗ trợ các mode IC/OC/PWM.
    • 1 timer 16 bit hỗ trợ để điều khiển động cơ với các mode bảo vệ như ngắt input, dead-time..
    • 2 watdog timer dùng để bảo vệ và kiểm tra lỗi.
    • 1 sysTick timer 24 bit đếm xuống dùng cho các ứng dụng như hàm Delay….
  • Hỗ trợ 9 kênh giao tiếp bao gồm:
    • 2 bộ I2C(SMBus/PMBus).
    • 3 bộ USART(ISO 7816 interface, LIN, IrDA capability, modem control).
    • 2 SPIs (18 Mbit/s).
    • 1 bộ CAN interface (2.0B Active)
    • USB 2.0 full-speed interface
  • Kiểm tra lỗi CRC và 96-bit ID.

e.Bộ nhớ

Vi điều khiển ATmega328:
  • 64 KB bộ nhớ Plash: trong đó bootloader chiếm 0.5KB.
  • 20 KB cho SRAM: (Static Random Access Menory): giá trị các biến khai báo sẽ được lưu ở đây. Khai báo càng nhiều biến thì càng tốn nhiều bộ nhớ RAM. Khi mất nguồn dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất.
  • 1 KB cho EEPROM: (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): Là nơi có thể đọc và ghi dữ liệu vào đây và không bị mất dữ liệu khi mất nguồn.

1.2 Cảm biến cảm biến gia tốc MPU6050 giao tiếp STM32

a. Giới thiệu MPU6050 giao tiếp STM32

Cảm biến GY-521 6DOF IMU MPU6050 được sử dụng để đo 6 thông số: 3 trục Góc quay (Gyro), 3 trục gia tốc hướng (Accelerometer), là loại cảm biến gia tốc phổ biến nhất trên thị trường hiện nay, ví dụ và code dành cho nó rất nhiều và hầu như có trên mọi loại vi điều khiển, nếu bạn muốn mua cảm biến gia tốc để làm các mô hình như con lắc động, xe tự cân bằng, máy bay,… thì MPU6050 sẽ là sự lựa chọn tối ưu. MPU6050/GY521 dùng để đo gia tốc góc, vận tốc góc, góc quay với độ chính xác lên tới 0.01 độ, đo gia tốc, vận tốc chuyển động tịnh tiến Module cảm biến MPU6050 có thể kết nối với vi điều khiển qua 1 trong 2 giao thức là SPI hoặc I2C.  Bên trong cảm biến tích hợp 6 trục cảm biến bao gồm con quay quy hồi 3 trục(trục X,Y và Z)  và cảm biến gia tốc 3 trục. MPU6050 còn có 1KB bộ nhớ để lưu trữ lệnh từ vi điều khiển và dữ liệu sau khi nó tính toán xong các giá trị đo được. cam-bien-gia-toc-mpu6050-giao-tiep-arduino-hien-thi-lcd1602-2  

b. Thông số kỹ thuật 

  • Điện áp sử dụng: 3~5VDC
  • Điện áp giao tiếp: 3~5VDC
  • Chuẩn giao tiếp: I2C
  • Giá trị Gyroscopes trong khoảng: +/- 250 500 1000 2000 degree/sec
  • Giá trị Acceleration trong khoảng: +/- 2g, +/- 4g, +/- 8g, +/- 16g
  • Board mạch mạ vàng, linh kiện hàn tự động bằng máy chất lượng tốt nhất.
  • Chip : MPU-6050 
  • Giao tiếp: I2C, SPI
  • Hỗ trợ AD 16 Bit

c. Chức năng các chân

VCC5V/3V3
GND0V
SCLChân SCL trong giao tiếp I2C
SDAChân SDA trong giao tiếp I2C
XDAChân dữ liệu (kết nối với cảm biến khác)
XCLChân xung (kết nối với cảm biến khác)
AD0Bit0 của địa chỉ I2C
INTChân ngắt

d. Ứng dụng

  • Các thiết bị ổn định hình ảnh, chống rung…
  • Các ứng dụng bảo mật/an ninh
  • Các ứng dụng điều khiển không tiếp xúc
  • Các ứng dụng nhận biết chuyển động (điều khiển bằng cử chỉ,…)
  • Thiết bị game, ứng dụng cầm tay
  • Các thiết bị mặc trên cơ thể (sức khỏe, thể thao,…)
  • Các thí nghiệm, đo lường,..
 

1.4 Oled cho mạch cảm biến gia tốc MPU6050 giao tiếp STM32

a. Giới thiệu

Màn hình Oled 1.3 inch giao tiếp I2C cho khả năng hiển thị đẹp, sang trọng, rõ nét vào ban ngày và khả năng tiết kiệm năng lượng tối đa với mức chi phí phù hợp, màn hình sử dụng giao tiếp I2C cho chất lượng đường truyền ổn định và rất dễ giao tiếp chỉ với 2 chân GPIO. Màn hình OLED SH1106 với kích thước 1.3 inch, cho khả năng hiển thị hình ảnh tốt với khung hình 128×64 pixel. Ngoài ra, màn hình còn tương thích với hầu hết các vi điều khiển hiện nay thông qua giao tiếp SPI. Màn hình sử dụng driver SH1106 cùng thiết kế nhỏ gọn sẽ giúp bạn phát triển các sản phẩm DIY hoặc các ứng dụng khác một cách nhanh chóng. màn hình oled 1.3in chuẩn i2c MPU6050 giao tiếp Atmega

Màn hình Oled chuẩn truyền I2C

màn hình oled chuẩn truyền SPI MPU6050 giao tiếp Atmega

Màn hình Oled chuẩn truyền SPI

b. Thông số kỹ thuật

  • Điện áp sử dụng: 2.2~5.5VDC
  • Công suất tiêu thụ: 0.04w
  • Góc hiển thị: lớn hơn 160 độ
  • Số điểm hiển thị: 128×64 điểm.
  • Độ rộng màn hình: 1.3 inch.
  • Màu hiển thị: Trắng / Xanh Dương.
  • Giao tiếp: I2C hoặc SPI tùy loại
  • Driver: SH1106
  • Kích thước 1.3 inch (128x64px)
  • Góc nhìn tối đa: 160°
  • Nhiệt độ làm việc: -30°V đến 80°C
  • Tương thích với hầu hết các board như: Arduino, ESP8266, ESP32, STM32,
Lưu ý khi dùng Oled 1.3in Hiện trên thị trường sẽ có: +  2 loại chính là 0.96in và 1.3in +  2 mã số là SH1106 và SH1306 +  2 chuẩn truyền SPI và I2C Vì thế việc lựa chọn đúng đối tượng để lập trình mới có thể hiển thị được thông tin mong muốn.

2. Hướng dẫn đồ án cảm biến gia tốc MPU6050 giao tiếp STM32 hiển thị Oled

Phần này chưa được chia sẻ.

LIÊN HỆ thông tin ở TẠI ĐÂY để được hổ trợ tốt hơn.

Phần cứng

Phần mềm

Thư viện sử dụng có sẵn trên phần mềm IDE Arduino
#include <Adafruit_MPU6050.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
#include <Adafruit_Sensor.h>

Adafruit_MPU6050 mpu;
Adafruit_SSD1306 display = Adafruit_SSD1306(128, 64, &Wire);

void setup() {
Serial.begin(115200);
// while (!Serial);
Serial.println("MPU6050 OLED demo");

if (!mpu.begin()) {
Serial.println("Sensor init failed");
while (1)
yield();
}
Serial.println("Found a MPU-6050 sensor");

// SSD1306_SWITCHCAPVCC = generate display voltage from 3.3V internally
if (!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)) { // Address 0x3C for 128x64
Serial.println(F("SSD1306 allocation failed"));
for (;;)
; // Don't proceed, loop forever
}
display.display();
delay(500); // Pause for 2 seconds
display.setTextSize(1);
display.setTextColor(WHITE);
display.setRotation(0);
}

void loop() {
sensors_event_t a, g, temp;
mpu.getEvent(&a, &g, &temp);

display.clearDisplay();
display.setCursor(0, 0);

Serial.print("Accelerometer ");
Serial.print("X: ");
Serial.print(a.acceleration.x, 1);
Serial.print(" m/s^2, ");
Serial.print("Y: ");
Serial.print(a.acceleration.y, 1);
Serial.print(" m/s^2, ");
Serial.print("Z: ");
Serial.print(a.acceleration.z, 1);
Serial.println(" m/s^2");

display.println("Accelerometer - m/s^2");
display.print(a.acceleration.x, 1);
display.print(", ");
display.print(a.acceleration.y, 1);
display.print(", ");
display.print(a.acceleration.z, 1);
display.println("");

Serial.print("Gyroscope ");
Serial.print("X: ");
Serial.print(g.gyro.x, 1);
Serial.print(" rps, ");
Serial.print("Y: ");
Serial.print(g.gyro.y, 1);
Serial.print(" rps, ");
Serial.print("Z: ");
Serial.print(g.gyro.z, 1);
Serial.println(" rps");

display.println("Gyroscope - rps");
display.print(g.gyro.x, 1);
display.print(", ");
display.print(g.gyro.y, 1);
display.print(", ");
display.print(g.gyro.z, 1);
display.println("");

display.display();
delay(100);
}

3. Hoạt động của mạch cảm biến gia tốc MPU6050 giao tiếp STM32

Khi cấp điện hệ thống hoạt động, vi điều khiển đưa tín hiệu ban đầu cho lcd1602 hiển thị thông tin người dùng, lúc này vi điều khiển chờ tín hiệu được gửi vào từ cảm biến gia tốc MPU6050 giao tiếp STM32 gửi vào. Khi nhận được tín hiệu vi điều khiển xử lý và gửi giá trị tọa độ trục X, Y, Z ra ngoài màn hình Oled để hiển thị giá trị theo yêu cầu đã được lập trình.

4. Cụ thể hoạt động của mạch cảm biến gia tốc MPU6050 giao tiếp STM32

Ngoài ra còn nhiều Phần và các môn khác

Đồ án điện tử, Lập trình vi điều khiển tổng hợp File đồ án – Phần 1 Mạch điện tử, Lập trình vi điều khiển tổng hợp File đồ án – Phần 2 Thiết kế mạch điện tử, Lập trình vi điều khiển tổng hợp File đồ án – Phần 3 Vi xử lý, Lập trình vi điều khiển Pic – 8051 – Avr – Phần 4 Tổng hợp File ĐỒ ÁN Điện tử cơ bản Tổng hợp File ĐỒ ÁN Viễn thông Tổng hợp File ĐỒ ÁN PLC Tổng hợp File ĐỒ ÁN Cung cấp điện

Chúc các bạn thành công…!!!

Điện tử Nhật Tùng

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *