Raspberry Pi Pico: Winkel messen mit MPU-6050

Mit dem Raspberry Pi Pico kann man die Sensordaten des Beschleunigungssensors im MPU-6050 auswerten und die Position bzw. Lage des Sensors ermitteln. Leider kann man mit diesen Werten nicht viel anfangen, weil die sehr interpretationswürdig sind. Mit ein bisschen Mathematik lässt sich daraus der Winkel in Grad berechnen. Und schon haben wir einen Winkelmesser. Das ist auch deshalb praktisch, weil wir uns bei einem Wert in Grad eher eine bestimmte Position oder Lage vorstellen können, als mit den Rohdaten vom MPU-6050.

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

Im Programmcode wird nur der Wert der Z-Achse abgefragt. Der reicht aus, um daraus den Winkel in Grad zu berechnen.

# Bibliotheken laden
import machine
import time
import math
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:
    # Messwert für die Z-Achse
    acc_raw_z = imu.accel.z
    # Winkel berechnen
    if acc_raw_z > 1: acc_raw_z = 1
    delta = math.acos(acc_raw_z)
    rad = int(delta / 2 / math.pi * 360)
    # Wert anzeigen
    print('Winkel:', rad, 'Grad', "\t", end = "\r")
    time.sleep(1)

Was macht math.acos im Programmcode? Die Funktion math.acos(x) in Python und MicroPython berechnet den Arkuskosinus (auch Inverser Kosinus genannt) des Wertes x. Das bedeutet, die Funktion gibt den Winkel in Grad zurück, der zwischen 0° und 180° liegt.

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