¿Qué es un IMU MPU-6050?
El MPU-6050 es una unidad de medición inercial (IMU) de seis grados de libertad (6DOF) fabricado por Invensense, que combina un acelerómetro de 3 ejes y un giroscopio de 3 ejes.
La comunicación puede realizarse tanto por SPI como por bus I2C, por lo que es sencillo obtener los datos medidos. La tensión de alimentación es de bajo voltaje entre 2.4 a 3.6V.
Frecuentemente se encuentran integrados en módulos como el GY-521 que incorporan la electrónica necesaria para conectarla de forma sencilla a un Arduino. En la mayoría de los módulos, esto incluye un regulador de voltaje que permite alimentar directamente a 5V.
Dispone de conversores analógicos digitales (ADC) de 16bits. El rango del acelerómetro puede ser ajustado a ±2g, ±4g, ±8g, y ±16g, el del giroscopio a ±250, ±500, ±1000, and ±2000°/sec.
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Es un sensor consume 3.5mA, con todos los sensores y el DMP activados. Dispone de un sensor de temperatura embebido, un reloj de alta precisión e interrupciones programables. También puede conectarse a otros dispositivos I2C como master.
El MPU-6050 incorpora un procesador interno (DMP Digital Motion Processor) que ejecuta complejos algortimos de MotionFusion para combinar las mediciones de los sensores internos, evitando tener que realizar los filtros de forma exterior.
El MPU-6050 es uno de los IMUs más empleados por su gran calidad y precio. Será uno de los componentes que con mayor frecuencia incorporaremos a nuestros proyectos de electrónica y robótica.
Precio
El MPU-6050 es un sensor excelente en realidad precio debido, entre otros factores, a que es ampliamente utilizado y esto ha permitido reducir su precio.
Podemos encontrarlo en placas de montaje como la GY-521, que incorpora la electrónica necesaria para conectarlo de forma sencilla a Arduino, por 1.10 € en vendedores internacionales de eBay o AliExpress.
Esquema montaje
La conexión es sencilla, simplemente alimentamos el módulo desde Arduino mediante GND y 5V y conectamos el pin SDA y SCL de Arduino con los pines correspondientes del sensor.
Mientras que la conexión vista desde el lado de Arduino quedaría así.
Ejemplos de código
Para realizar la lectura del MPU-6050 usaremos la librería desarrollada por Jeff Rowberg disponible en este enlace. También emplearemos la librería I2Cdev desarrollada por el mismo autor, que mejora la comunicación I2C.
La librería proporciona ejemplos de código, que resulta aconsejable revisar. Los siguientes ejemplos son modificaciones a partir de los disponibles en la librería.
Leer valores RAW
En el primer ejemplo, aprendemos a leer los valores directamente proporcionados por el MPU-6050 (valores RAW) a través del bus I2C. Los valores RAW tienen un rango de medición entre -32768 y +32767.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 | //GND - GND //VCC - VCC //SDA - Pin A4 //SCL - Pin A5 #include "I2Cdev.h" #include "MPU6050.h" #include "Wire.h" const int mpuAddress = 0x68; //Puede ser 0x68 o 0x69 MPU6050 mpu(mpuAddress); int ax, ay, az; int gx, gy, gz; void printTab() { Serial.print(F("\t")); } void printRAW() { Serial.print(F("a[x y z] g[x y z]:t")); Serial.print(ax); printTab(); Serial.print(ay); printTab(); Serial.print(az); printTab(); Serial.print(gx); printTab(); Serial.print(gy); printTab(); Serial.println(gz); } void setup() { Serial.begin(9600); Wire.begin(); mpu.initialize(); Serial.println(mpu.testConnection() ? F("IMU iniciado correctamente") : F("Error al iniciar IMU")); } void loop() { // Leer las aceleraciones y velocidades angulares mpu.getAcceleration(&ax, &ay, &az); mpu.getRotation(&gx, &gy, &gz); printRAW(); delay(100); } |
Leer valores en Sistema Internacional
En el siguiente ejemplo aplicamos una escala a los valores RAW para obtener mediciones con significado físico. En el ejemplo, emplearemos valores G para la aceleración, y º/S para la velocidad angular. Con facilidad podréis modificar el código para que proporcione los valores en unidades del Sistema Internacional.
El escalado dependerá del rango de medición que seleccionemos en el MPU-6050, que recordamos puede ser 2g/4g/8g/16g para el acelerómetro y 250/500/1000/2000 (°/s) para el giroscopio.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 | //GND - GND //VCC - VCC //SDA - Pin A4 //SCL - Pin A5 #include "I2Cdev.h" #include "MPU6050.h" #include "Wire.h" const int mpuAddress = 0x68; // Puede ser 0x68 o 0x69 MPU6050 mpu(mpuAddress); int ax, ay, az; int gx, gy, gz; // Factores de conversion const float accScale = 2.0 * 9.81 / 32768.0; const float gyroScale = 250.0 / 32768.0; void printTab() { Serial.print(F("\t")); } // Mostrar medidas en Sistema Internacional void printRAW() { Serial.print(F("a[x y z](m/s2) g[x y z](deg/s):t")); Serial.print(ax * accScale); printTab(); Serial.print(ay * accScale); printTab(); Serial.print(az * accScale); printTab(); Serial.print(gx * gyroScale); printTab(); Serial.print(gy * gyroScale); printTab(); Serial.println(gz * gyroScale); } void setup() { Serial.begin(9600); Wire.begin(); mpu.initialize(); Serial.println(mpu.testConnection() ? F("IMU iniciado correctamente") : F("Error al iniciar IMU")); } void loop() { // Leer las aceleraciones y velocidades angulares mpu.getAcceleration(&ax, &ay, &az); mpu.getRotation(&gx, &gy, &gz); printRAW(); delay(100); } |
Leer inclinación con acelerómetro
En el siguiente ejemplo, calculamos la inclinación del MPU-6050 mediante la proyección de la medición de la gravedad y las relaciones trigonométricas que vimos en la entrada Cómo usar un acelerómetro con Arduino.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 | //GND - GND //VCC - VCC //SDA - Pin A4 //SCL - Pin A5 #include "I2Cdev.h" #include "MPU6050.h" #include "Wire.h" const int mpuAddress = 0x68; // Puede ser 0x68 o 0x69 MPU6050 mpu(mpuAddress); int ax, ay, az; int gx, gy, gz; void setup() { Serial.begin(9600); Wire.begin(); mpu.initialize(); Serial.println(mpu.testConnection() ? F("IMU iniciado correctamente") : F("Error al iniciar IMU")); } void loop() { // Leer las aceleraciones mpu.getAcceleration(&ax, &ay, &az); //Calcular los angulos de inclinacion float accel_ang_x = atan(ax / sqrt(pow(ay, 2) + pow(az, 2)))*(180.0 / 3.14); float accel_ang_y = atan(ay / sqrt(pow(ax, 2) + pow(az, 2)))*(180.0 / 3.14); // Mostrar resultados Serial.print(F("Inclinacion en X: ")); Serial.print(accel_ang_x); Serial.print(F("\tInclinacion en Y:")); Serial.println(accel_ang_y); delay(10); } |
Obtener orientación con giroscopio
En el siguiente ejemplo, realizamos la integración de la señal de la velocidad del giroscopio para obtener la orientación del MPU-6050, como vimos en la entrada Cómo usar un giroscopio con Arduino.
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Obtener la orientación con filtro complementario
Este ejemplo empleamos un filtro complementario para combinar la señal del acelerómetro y giroscopio para obtener una mejor medición de la orientación del MPU-6050, como vimos en la entrada Medir la inclinación de un IMU con Arduino y filtro complementario.
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Obtener la orientación mediante el DMP
En este último ejemplo empleamos el DMP integrado en el MPU-6050 para realizar la combinación de la medición del acelerómetro y el giroscopio, lo que proporciona mejor resultados que emplear un filtro complementario, y además libera a Arduino del proceso de cálculo.
Para que el ejemplo funcione es necesario conectar el pin INT del MPU6050 a un pin con interrupciones (en el ejemplo, con Arduino UNO o Nano, conectar al Pin 2).
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Tened en cuenta que el DMP necesita un periodo para empezar a funcionar. Al principio devolverá medidas imprecisas y, durante un tiempo irá haciéndose más estables. Lo normal es unos periodo de unos 15 segundos, aunque en algunos casos puede ser de hasta 40 segundos.
La gráfica anterior muestra la evolución de las variables yaw, pitch y roll, al encender Arduino. El eje X está escalado en décimas de segundo. Por lo que vemos que, en este caso, el sensor tarda unos 15 segundos en estabilizarse y dar mediciones válidas.
Calibrar el DMP
Para que las medidas del DMP sean totalmente precisas es necesario ajustar realizar una calibración para ajustar los valores de offset. Para esto tenemos este sketch, que nos proporciona los valores de offset de nuestro sensor. Es necesario ejecutarlo para cada MPU6050, ya que puede haber una gran variación de uno a otro.
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Best is to calibrate and use at the same room temperature. /* ========== LICENSE ================================== I2Cdev device library code is placed under the MIT license Copyright (c) 2011 Jeff Rowberg Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a copy of this software and associated documentation files (the "Software"), to deal in the Software without restriction, including without limitation the rights to use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense, and/or sell copies of the Software, and to permit persons to whom the Software is furnished to do so, subject to the following conditions: The above copyright notice and this permission notice shall be included in all copies or substantial portions of the Software. THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY, FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM, OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN THE SOFTWARE. ========================================================= */ // I2Cdev and MPU6050 must be installed as libraries #include "I2Cdev.h" #include "MPU6050.h" #include "Wire.h" /////////////////////////////////// CONFIGURATION ///////////////////////////// //Change this 3 variables if you want to fine tune the skecth to your needs. int buffersize=1000; //Amount of readings used to average, make it higher to get more precision but sketch will be slower (default:1000) int acel_deadzone=8; //Acelerometer error allowed, make it lower to get more precision, but sketch may not converge (default:8) int giro_deadzone=1; //Giro error allowed, make it lower to get more precision, but sketch may not converge (default:1) // default I2C address is 0x68 // specific I2C addresses may be passed as a parameter here // AD0 low = 0x68 (default for InvenSense evaluation board) // AD0 high = 0x69 //MPU6050 accelgyro; MPU6050 accelgyro(0x68); // <-- use for AD0 high int16_t ax, ay, az,gx, gy, gz; int mean_ax,mean_ay,mean_az,mean_gx,mean_gy,mean_gz,state=0; int ax_offset,ay_offset,az_offset,gx_offset,gy_offset,gz_offset; /////////////////////////////////// SETUP //////////////////////////////////// void setup() { // join I2C bus (I2Cdev library doesn't do this automatically) Wire.begin(); // COMMENT NEXT LINE IF YOU ARE USING ARDUINO DUE TWBR = 24; // 400kHz I2C clock (200kHz if CPU is 8MHz). Leonardo measured 250kHz. // initialize serial communication Serial.begin(115200); // initialize device accelgyro.initialize(); // wait for ready while (Serial.available() && Serial.read()); // empty buffer while (!Serial.available()){ Serial.println(F("Send any character to start sketch.\n")); delay(1500); } while (Serial.available() && Serial.read()); // empty buffer again // start message Serial.println("\nMPU6050 Calibration Sketch"); delay(2000); Serial.println("\nYour MPU6050 should be placed in horizontal position, with package letters facing up. \nDon't touch it until you see a finish message.\n"); delay(3000); // verify connection Serial.println(accelgyro.testConnection() ? "MPU6050 connection successful" : "MPU6050 connection failed"); delay(1000); // reset offsets accelgyro.setXAccelOffset(0); accelgyro.setYAccelOffset(0); accelgyro.setZAccelOffset(0); accelgyro.setXGyroOffset(0); accelgyro.setYGyroOffset(0); accelgyro.setZGyroOffset(0); } /////////////////////////////////// LOOP //////////////////////////////////// void loop() { if (state==0){ Serial.println("\nReading sensors for first time..."); meansensors(); state++; delay(1000); } if (state==1) { Serial.println("\nCalculating offsets..."); calibration(); state++; delay(1000); } if (state==2) { meansensors(); Serial.println("\nFINISHED!"); Serial.print("\nSensor readings with offsets:\t"); Serial.print(mean_ax); Serial.print("\t"); Serial.print(mean_ay); Serial.print("\t"); Serial.print(mean_az); Serial.print("\t"); Serial.print(mean_gx); Serial.print("\t"); Serial.print(mean_gy); Serial.print("\t"); Serial.println(mean_gz); Serial.print("Your offsets:\t"); Serial.print(ax_offset); Serial.print("\t"); Serial.print(ay_offset); Serial.print("\t"); Serial.print(az_offset); Serial.print("\t"); Serial.print(gx_offset); Serial.print("\t"); Serial.print(gy_offset); Serial.print("\t"); Serial.println(gz_offset); Serial.println("\nData is printed as: acelX acelY acelZ giroX giroY giroZ"); Serial.println("Check that your sensor readings are close to 0 0 16384 0 0 0"); Serial.println("If calibration was succesful write down your offsets so you can set them in your projects using something similar to mpu.setXAccelOffset(youroffset)"); while (1); } } /////////////////////////////////// FUNCTIONS //////////////////////////////////// void meansensors(){ long i=0,buff_ax=0,buff_ay=0,buff_az=0,buff_gx=0,buff_gy=0,buff_gz=0; while (i<(buffersize+101)){ // read raw accel/gyro measurements from device accelgyro.getMotion6(&ax, &ay, &az, &gx, &gy, &gz); if (i>100 && i<=(buffersize+100)){ //First 100 measures are discarded buff_ax=buff_ax+ax; buff_ay=buff_ay+ay; buff_az=buff_az+az; buff_gx=buff_gx+gx; buff_gy=buff_gy+gy; buff_gz=buff_gz+gz; } if (i==(buffersize+100)){ mean_ax=buff_ax/buffersize; mean_ay=buff_ay/buffersize; mean_az=buff_az/buffersize; mean_gx=buff_gx/buffersize; mean_gy=buff_gy/buffersize; mean_gz=buff_gz/buffersize; } i++; delay(2); //Needed so we don't get repeated measures } } void calibration(){ ax_offset=-mean_ax/8; ay_offset=-mean_ay/8; az_offset=(16384-mean_az)/8; gx_offset=-mean_gx/4; gy_offset=-mean_gy/4; gz_offset=-mean_gz/4; while (1){ int ready=0; accelgyro.setXAccelOffset(ax_offset); accelgyro.setYAccelOffset(ay_offset); accelgyro.setZAccelOffset(az_offset); accelgyro.setXGyroOffset(gx_offset); accelgyro.setYGyroOffset(gy_offset); accelgyro.setZGyroOffset(gz_offset); meansensors(); Serial.println("..."); if (abs(mean_ax)<=acel_deadzone) ready++; else ax_offset=ax_offset-mean_ax/acel_deadzone; if (abs(mean_ay)<=acel_deadzone) ready++; else ay_offset=ay_offset-mean_ay/acel_deadzone; if (abs(16384-mean_az)<=acel_deadzone) ready++; else az_offset=az_offset+(16384-mean_az)/acel_deadzone; if (abs(mean_gx)<=giro_deadzone) ready++; else gx_offset=gx_offset-mean_gx/(giro_deadzone+1); if (abs(mean_gy)<=giro_deadzone) ready++; else gy_offset=gy_offset-mean_gy/(giro_deadzone+1); if (abs(mean_gz)<=giro_deadzone) ready++; else gz_offset=gz_offset-mean_gz/(giro_deadzone+1); if (ready==6) break; } } |
Ejemplo con RTIMULIB-Arduino
Otra opción para la lectura del sensor es emplear la librería RTIMULIB-Arduino, que permite crear un sistema AHRS ((Attitude Heading Reference Systems) y funciona con una gran variedad de sensores. Vimos como emplear esta librería en esta entrada.
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m/s^2, al igual que el resto de aceleraciones
Hola Luis, estoy siguiendo tus tutoriales, enhorabuena son muy buenos. Estoy intentando hacer que mi robot siga un camino con movimientos ortogonales preprogramados, esto me resulta imposible porque controlando solo el tiempo de ejecución los giros de 90° nunca los hace igual ¿crees que puedo utilizar el MPU-6050 para corregir este error?
Muchas gracias, saludos
Me ha servido de mucho tu trabajo y me parece un gran aporte a los que empiezan con estos dispositivos.
Tengo una pregunta, veo que el programa funciona bien, aunque tiene mucho mas/menos en las muestras, mi pregunta es, porque pasados unos minutos se para el proceso, entonces como puede estar entregando datos por tiempo indefinido?
Gracias por tu trabajo.
Tengo el mismo problema, me pasa con el codigo que usa el dmp.
Hay casos parecidos en el Github de la librería. A mi no me ha pasado, pero aquí hay un debate intenso. https://github.com/jrowberg/i2cdevlib/issues/252
El autor comenta que es un fallo de la librería Wire, y del MPU6050 saltándose las especificaciones del I2C, no de la librería del MPU6050 en si misma.
No me ha pasado, incluso funcionando durante largos periodos, así que no os puedo ayudar mucho. Pero os aconsejaría revisar vuestro código, cambiar de sensor o, en último extremo, reiniciar el MPU6050 desde un pin periódicamente (pero os comeréis los 15 segundos de autocalibración otra vez).
Buenos días Luis,
En primer lugar, gracias por sus tutoriales me son de gran ayuda.
Tenía una pregunta acerca de este post https://www.luisllamas.es/arduino-orientacion-imu-mpu-6050/ cuando calcula la orientación a través del giroscopio, acelerómetro y filtro complementario, ¿esos ángulos x e y que obtenemos son el azimut, es decir, los grados de orientación con respecto del norte?
Le escribía porque me gustaría poder calcular el azimut a través del módulo MPU6050, y no estoy muy seguro si algunos de esos ángulos es lo que busco
Un saludo y espero su respuesta
Si alimentas a 3,3 tambien deberia funcionar no?
Saludos.
hola que tal, oye una pregunta, que registros se necesitan configurar para activar el DMP sin utilizar librerias, gracias saludos
Mira el Datasheet o consulta el código del a librería. Pero ya te anticipo que fácil no es.
Y como sería la conexión si quiero conectarlo a los pines ISP como indica que también está permitido?!
Hola luis, amo tus tutoriales y consejos.
En esta ocación tengo una duda respecto al ultimo código. Estoy trabajando con interrupciones desde el SerialPort creados por C#, las interrupciones chocan y no encuentro forma de manejarlas de forma coordinada. ¿Es posible desactivar las interrupciones del DMP y yo llamar los datos a voluntad? De ser así ruego que me instruyas :3
Atte. Mike
Saludos amigo me ha servido de mucho sus tutoriales, tengo un problema cuando uso el codigo para leer los valores en el sistema internacional. Cuando uso mi MPU6050 en el "Blue Pill"(STM32F103C8T6) no me muestra el vector de aceleracion de la gravedad que deberia manifestarse en el eje Z. Cuando uso mi arduino nano o mega si me muestra el valor de la gravedad. Crees que sea un problema de libreria? Saludos amigo
El esquema de montaje es incompleto si se quiere obtener la orientación por DPM: será necesario conectar el pin INT del IMU a una interrupción de hardware de la placa (en el caso de la UNO o Nano, pines 2 y 3). De esta forma la IMU indica al microcontrolador cuándo ha escrito en el buffer para su posterior lectura.
Gracias por el apunte! He añadido una nota en la descripción del ejemplo, para que quede más claro.
Saludos Luis
Excelente tutorial. Necesito consultarte algo para un proyecto que estoy diseñando. Este sensor MPU-6050 es afectado por campos magnéticos de metales cercanos?
No se ven afectados.
Seguramente te suena por los quadricopteros. Los que se ven afectados son las brújulas magnéticas, y los IMUs que los combinan con giroscopios y acelerómetros. La brújula mide el campo magnético terrestre, y una masa de hierro puede el flujo localmente, provocando un error de medición.
Pero el MPU6050 no lleva brújula, solo acelerómetro y giroscopio (que son mecánicos) así que no le afectan la variación del campo magnético.
Por contra, no tienen orientación absoluta, cosa que si tienes con una brújula.
Hola Luis me parece que lo que haces en tu pagina es exelente.
Tengo una pregunta, despues de calibrar el dmp, que se debe hacer?
Meter los valores en el sketch anterior
Estimado, Cual es el angulo X y angulo Y. hay posibilidad de agregar dichos angulos en algun esquema. Muchas gracias.
Hola Luís:
En un proyecto que estoy realizando necesitaría conocer con la mayor exactitud posible únicamente la inclinación de una varilla a la que le acoplaré un sensor solidariamente al movimiento de esta. ¿Que acelerómetro es más preciso el mpu6050 o el adxl345 (o alguna sugerencia)?
Muchas gracias.
Hola Luis. Muchas gracias por el trabajo realizado aquí. Yo también quería hacerte una pregunta. Recién descubrí este módulo y al mismo tiempo tu página y me preguntaba si habrá algún documento donde se explique cada función incluida en la librería MPU6050, cómo usarlas y quéargumentos requieren. Desde ya, muchas gracias por todo. Un saludo.
Hola. En la página de la librería tienes mucha documentación. Te dejo el enlace https://www.i2cdevlib.com/devices/mpu6050#source
[…] https://www.luisllamas.es/arduino-orientacion-imu-mpu-6050/ […]
Hola Luis! Excelente tu post, muy claro y detallado. Quería hacerte una consulta, usando el DMP, cada que intervalo de tiempo nos da los valores de pitch yaw y roll, veo que hiciste un grafico donde el eje x es el tiempo, es decir que las muestras obtenidas son siempre con el mismo intervalo de tiempo también? Muchas gracias.
Hola Luís, estoy intentando determinar la inclinación en motocicletas y coches para observar el comportamiento en curvas. He utilizado un arduino nano y un MPU6050 con filtro complementario y me mide correctamente de forma esrática, pero en las curvas y aceleraciones se ve afectado por las distintas fuerzas, arrojando datos erroneos. Me parece lógico, dado que utilizan acelerómetros para realizar las mediciones, pero por otro lado se que actualmente se utilizan mucho este tipo de sensores para automoción.
Requiere otro tipo de cálculos quizá?
Gracias
Hola Luis, quisiera saber si es posible cambiar la conexión de los pines SDA y SCL a otro pin analógico, debido a que deseo usar un PCA9685 y también usa los mismos pines A4 y A5
No se pueden cambiar los pines, el I2C en el Atmega es por hardware, y está asociado a estos pines. Pero , tampoco hace falta. I2C es un bus multidispositivo,, y en los que se accede al dispositivo por su dirección. Échale un ojo a esta entrada https://www.luisllamas.es/arduino-i2c/
Muy útil la información, gracias