Raspberry Pi Pico: Position und Lage erkennen mit MPU-6050

Mit dem Raspberry Pi Pico kann man die Sensordaten des MPU-6050 auswerten und die Position bzw. Lage des Sensors ermitteln. Damit kannst du ein elektronisches Gerät realisieren, dass erkennen kann, ob es auf einer bestimmten Seite liegt oder auf dem Kopf steht. Es wäre denkbar, dass das Gerät abhängig von der Position bzw. Lage eine bestimmte Funktion ausführt.

Stelle dir vor, der vorliegende Aufbau wäre in einen Würfel eingebaut. Ein Würfel hat 6 Seiten. Wir wollen feststellen auf welcher Seite der Würfel liegt. Dazu ist im folgenden Programmcode eine Auswertung der Beschleunigungsdaten vorgesehen, aus denen die Lage ermittelt wird.

Vielleicht hast du dann weitere Ideen, wie du aus dem Beschleunigungsdaten innovative Anwendungen entwickeln kannst.

Aufbau und Bauteile

Raspberry Pi Pico: MPU-6050 programmieren

Raspberry Pi Pico		MPU-6050
Pin 38	GND	GND
Pin 36	VCC +3,3V	VCC
Pin 27	GPIO 21	SCL
Pin 26	GPIO 20	SDA

Hinweis: Man sollte beachten, dass das MPU-6050-Modul nur an einer Seite eine Steckleiste hat. Wenn man es auf einem Steckbrett befestigt, dann besteht die Gefahr, dass es schief steckt. Dadurch können die Werte des Beschleunigungssensors von den erwarteten Werten abweichen.

MicroPython-Bibliothek für MPU-6050

Damit der MPU-6050 programmiert werden kann, müssen zwei externe Bibliotheken auf dem Raspberry Pi Pico geladen und im Verzeichnis lib gespeichert werden.

Download: https://github.com/micropython-IMU/micropython-mpu9x50/blob/master/imu.py unter /lib/imu.py speichern
Download: https://github.com/micropython-IMU/micropython-mpu9x50/blob/master/vector3d.py unter /lib/vector3d.py speichern

I2C verbinden und programmieren

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Programmcode

Es geht in diesem Programmcode darum, die Lage des MPU-6050 zu erkennen. Der Programmcode liest die Beschleunigungsdaten vom Sensor und ermittelt dann, welche Lage er hat. Das tut er regelmäßig und die Ausgabe erfolgt nur dann, wenn die Lage sich verändert hat.
Damit das funktioniert, sind 6 Positionen definiert. Das entspricht einem Würfel, der 4 Seiten hat und zusätzlich eine Ober- und Unterseite. Zusammen sind das 6 Positionen, die sich vom Programmcode eindeutig identifizieren lassen. Natürlich gibt es dazwischen weitere Positionen, die wir an der Stelle als nicht eindeutig erkennen, weil der Würfel nicht auf einer seiner Flächen steht, sondern zur Seite geneigt ist.

Im Programmcode sind die Positionen von 0 bis 6 definiert. Wobei die Position 0 als nicht eindeutig definiert ist. Das bedeutet, der Würfel würde nicht klar auf einer Seite liegen, sondern nur zu irgendeiner Seite geneigt sein.

# Bibliotheken laden
import machine
import time
from imu import MPU6050

# I2C-Pins
i2c_sda = machine.Pin(20)
i2c_scl = machine.Pin(21)

# Initialisierung I2C
i2c = machine.I2C(0, sda=i2c_sda, scl=i2c_scl, freq=100000)

# Initialisierung MPU-6050
imu = MPU6050(i2c)
time.sleep(2) # Warten bis Initialisierung fertig ist

# Wiederholung (Endlos-Schleife)
while True:
    time.sleep(.2)
    # Messwerte für X, Y und Z
    acc_x = round(imu.accel.x * 10)
    acc_y = round(imu.accel.y * 10)
    acc_z = round(imu.accel.z * 10)
    # Lage ermitteln
    if acc_x in range(-2, 2) and acc_y in range (-2, 2) and acc_z >= 8: pos = 1
    elif acc_x <= -8 and acc_y in range (-2, 2): pos = 2
    elif acc_x >= 8 and acc_y in range (-2, 2): pos = 3
    elif acc_x in range (-2, 2) and acc_y <= -8: pos = 4
    elif acc_x in range (-2, 2) and acc_y >= 8: pos = 5
    elif acc_x in range (-2, 2) and acc_y in range (-2, 2) and acc_z <= -8: pos = 6
    else: pos = 0
    # Messwerte anzeigen
    #print('acc_x:', acc_x, "\t", 'acc_y:', acc_y, "\t", 'acc_z:', acc_z, "\t", end = "\r")
    print('Lage:', pos, end = "\r")

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