Estabilizador Parte 2

sku_154602_2Cómo les venía contando, me moría por llegar a la luna. Empecé a investigar e intentar aprender cómo usar el mpu6050, que es un sensor de movimientos, por lo tanto me ayudaría a estabilizar mi cohete.
Como siempre, hay que empezar conociendo los números, para luego aprender a sumar, así que eso hice.

Conociéndote

El sensor es bastante preciso, lo suficiente diría yo, y toma valores en X, Z e Y al mismo tiempo, por lo que se los conoce como 6 grados de libertad ya que tienen la capacidad de moverse hacia delante/atrás, arriba/abajo, izquierda/derecha.
Utiliza la interfaz I2C para comunicarse con el Arduino y, si lo pensamos, es bastante barato debido a que tenemos 2×1(Gyro+Accel)

Cableado

Este es el Sketch con el que va a salir funcionando nuestro aparatito. Por ahora enchufalo así, ya vamos a ver que estamos haciendo.

mpu6050-arduino-uno-connections

Un simple cableado, y sale andando.

  •  Vcc: Si estás leyendo esto, seguramente ya sepas de que hablamos. Pero, por si las dudas, es el pin donde debemos colocar la alimentación, que en este caso es de 5V.
    (En realidad funciona a 3.3V, pero tiene un regulador que nos permite conectarlo a 5v)
  • Gnd: Viene de Ground, quién en castellano sería Tierra.
  • Scl&Sda: Actúa como esclavo del Arduino con los pines conectado mediante el bus I2C.
  • Xda&Xcl: Para conectarse con otros sensores, funcionando como Máster. Por ejemplo, podríamos añadir un compás y que el DMP(Digital Motion Processor™) lo procese.
  • AD0: Este conector selecciona entre la dirección de 0x68 y 0x69 del I2C. Esto nos permite conectar dos de estos sensores, en un mismo proyecto. Conectalo a Gnd o 3,3V para las respectivas direcciónes del I2C.[Más Info]
  • Int: Cuando el IMU tiene alguna medida lista lo informa mediante una interrupción.  Nada más, ni nada menos, para esto es este pin.

Dale Gas

Tenía un poco de miedo, y curiosidad, de ver como funcionaba el sensor, porque era muy barato… muy chino, y la fama asusta. Por eso, lo primero que hice fue comprobar que funcionase OK en el mpu y encontré una manera gráfica y muy sencilla.

Bajen el Processing, que es un IDE idéntico al del Arduino, pero que muestra de manera gráfica las lecturas.

Les dejo el código con que realicé el vídeo que está sobre estas líneas.

Hay que ser agradecido en la vida, por lo cuál transmito mi reconocimiento a Jeff Rowberg, quién es el verdadero héroe en la historia de hoy.

Saludos, estés donde estés. Ya le envíe mi gratitud al universo, para que te las transmita.

// I2C device class (I2Cdev) demonstration Processing sketch for MPU6050 DMP output
// 6/20/2012 by Jeff Rowberg <jeff@rowberg.net>
// Updates should (hopefully) always be available at https://github.com/jrowberg/i2cdevlib
//
// Changelog:
//     2012-06-20 - initial release

/* ============================================
I2Cdev device library code is placed under the MIT license
Copyright (c) 2012 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.
===============================================
*/

import processing.serial.*;
import processing.opengl.*;
import toxi.geom.*;
import toxi.processing.*;

// NOTE: requires ToxicLibs to be installed in order to run properly.
// 1. Download from http://toxiclibs.org/downloads
// 2. Extract into [userdir]/Processing/libraries
//    (location may be different on Mac/Linux)
// 3. Run and bask in awesomeness

ToxiclibsSupport gfx;

Serial port;                         // The serial port
char[] teapotPacket = new char[14];  // InvenSense Teapot packet
int serialCount = 0;                 // current packet byte position
int synced = 0;
int interval = 0;

float[] q = new float[4];
Quaternion quat = new Quaternion(1, 0, 0, 0);

float[] gravity = new float[3];
float[] euler = new float[3];
float[] ypr = new float[3];

void setup() {
// 300px square viewport using OpenGL rendering
size(300, 300, OPENGL);
gfx = new ToxiclibsSupport(this);

// setup lights and antialiasing
lights();
smooth();

// display serial port list for debugging/clarity
println((Object[])Serial.list());

// get the first available port (use EITHER this OR the specific port code below)
String portName = Serial.list()[0];

// get a specific serial port (use EITHER this OR the first-available code above)
//String portName = "COM4";

// open the serial port
port = new Serial(this, portName, 115200);

// send single character to trigger DMP init/start
// (expected by MPU6050_DMP6 example Arduino sketch)
port.write('r');
}

void draw() {
if (millis() - interval > 1000) {
// resend single character to trigger DMP init/start
// in case the MPU is halted/reset while applet is running
port.write('r');
interval = millis();
}

// black background
background(0);

// translate everything to the middle of the viewport
pushMatrix();
translate(width / 2, height / 2);

// 3-step rotation from yaw/pitch/roll angles (gimbal lock!)
// ...and other weirdness I haven't figured out yet
//rotateY(-ypr[0]);
//rotateZ(-ypr[1]);
//rotateX(-ypr[2]);

// toxiclibs direct angle/axis rotation from quaternion (NO gimbal lock!)
// (axis order [1, 3, 2] and inversion [-1, +1, +1] is a consequence of
// different coordinate system orientation assumptions between Processing
// and InvenSense DMP)
float[] axis = quat.toAxisAngle();
rotate(axis[0], -axis[1], axis[3], axis[2]);

// draw main body in red
fill(255, 0, 0, 200);
box(10, 10, 200);

// draw front-facing tip in blue
fill(0, 0, 255, 200);
pushMatrix();
translate(0, 0, -120);
rotateX(PI/2);
drawCylinder(0, 20, 20, 8);
popMatrix();

// draw wings and tail fin in green
fill(0, 255, 0, 200);
beginShape(TRIANGLES);
vertex(-100,  2, 30); vertex(0,  2, -80); vertex(100,  2, 30);  // wing top layer
vertex(-100, -2, 30); vertex(0, -2, -80); vertex(100, -2, 30);  // wing bottom layer
vertex(-2, 0, 98); vertex(-2, -30, 98); vertex(-2, 0, 70);  // tail left layer
vertex( 2, 0, 98); vertex( 2, -30, 98); vertex( 2, 0, 70);  // tail right layer
endShape();
beginShape(QUADS);
vertex(-100, 2, 30); vertex(-100, -2, 30); vertex(  0, -2, -80); vertex(  0, 2, -80);
vertex( 100, 2, 30); vertex( 100, -2, 30); vertex(  0, -2, -80); vertex(  0, 2, -80);
vertex(-100, 2, 30); vertex(-100, -2, 30); vertex(100, -2,  30); vertex(100, 2,  30);
vertex(-2,   0, 98); vertex(2,   0, 98); vertex(2, -30, 98); vertex(-2, -30, 98);
vertex(-2,   0, 98); vertex(2,   0, 98); vertex(2,   0, 70); vertex(-2,   0, 70);
vertex(-2, -30, 98); vertex(2, -30, 98); vertex(2,   0, 70); vertex(-2,   0, 70);
endShape();

popMatrix();
}

void serialEvent(Serial port) {
interval = millis();
while (port.available() > 0) {
int ch = port.read();

if (synced == 0 && ch != '$') return;   // initial synchronization - also used to resync/realign if needed
synced = 1;
print ((char)ch);

if ((serialCount == 1 && ch != 2)
|| (serialCount == 12 && ch != '\r')
|| (serialCount == 13 && ch != '\n'))  {
serialCount = 0;
synced = 0;
return;
}

if (serialCount > 0 || ch == '$') {
teapotPacket[serialCount++] = (char)ch;
if (serialCount == 14) {
serialCount = 0; // restart packet byte position

// get quaternion from data packet
q[0] = ((teapotPacket[2] << 8) | teapotPacket[3]) / 16384.0f;
q[1] = ((teapotPacket[4] << 8) | teapotPacket[5]) / 16384.0f;
q[2] = ((teapotPacket[6] << 8) | teapotPacket[7]) / 16384.0f;
q[3] = ((teapotPacket[8] << 8) | teapotPacket[9]) / 16384.0f;
for (int i = 0; i < 4; i++) if (q[i] >= 2) q[i] = -4 + q[i];

// set our toxilibs quaternion to new data
quat.set(q[0], q[1], q[2], q[3]);

/*
// below calculations unnecessary for orientation only using toxilibs

// calculate gravity vector
gravity[0] = 2 * (q[1]*q[3] - q[0]*q[2]);
gravity[1] = 2 * (q[0]*q[1] + q[2]*q[3]);
gravity[2] = q[0]*q[0] - q[1]*q[1] - q[2]*q[2] + q[3]*q[3];

// calculate Euler angles
euler[0] = atan2(2*q[1]*q[2] - 2*q[0]*q[3], 2*q[0]*q[0] + 2*q[1]*q[1] - 1);
euler[1] = -asin(2*q[1]*q[3] + 2*q[0]*q[2]);
euler[2] = atan2(2*q[2]*q[3] - 2*q[0]*q[1], 2*q[0]*q[0] + 2*q[3]*q[3] - 1);

// calculate yaw/pitch/roll angles
ypr[0] = atan2(2*q[1]*q[2] - 2*q[0]*q[3], 2*q[0]*q[0] + 2*q[1]*q[1] - 1);
ypr[1] = atan(gravity[0] / sqrt(gravity[1]*gravity[1] + gravity[2]*gravity[2]));
ypr[2] = atan(gravity[1] / sqrt(gravity[0]*gravity[0] + gravity[2]*gravity[2]));

// output various components for debugging
//println("q:\t" + round(q[0]*100.0f)/100.0f + "\t" + round(q[1]*100.0f)/100.0f + "\t" + round(q[2]*100.0f)/100.0f + "\t" + round(q[3]*100.0f)/100.0f);
//println("euler:\t" + euler[0]*180.0f/PI + "\t" + euler[1]*180.0f/PI + "\t" + euler[2]*180.0f/PI);
//println("ypr:\t" + ypr[0]*180.0f/PI + "\t" + ypr[1]*180.0f/PI + "\t" + ypr[2]*180.0f/PI);
*/
}
}
}
}

void drawCylinder(float topRadius, float bottomRadius, float tall, int sides) {
float angle = 0;
float angleIncrement = TWO_PI / sides;
beginShape(QUAD_STRIP);
for (int i = 0; i < sides + 1; ++i) {
vertex(topRadius*cos(angle), 0, topRadius*sin(angle));
vertex(bottomRadius*cos(angle), tall, bottomRadius*sin(angle));
angle += angleIncrement;
}
endShape();

// If it is not a cone, draw the circular top cap
if (topRadius != 0) {
angle = 0;
beginShape(TRIANGLE_FAN);

// Center point
vertex(0, 0, 0);
for (int i = 0; i < sides + 1; i++) {
vertex(topRadius * cos(angle), 0, topRadius * sin(angle));
angle += angleIncrement;
}
endShape();
}

// If it is not a cone, draw the circular bottom cap
if (bottomRadius != 0) {
angle = 0;
beginShape(TRIANGLE_FAN);

// Center point
vertex(0, tall, 0);
for (int i = 0; i < sides + 1; i++) {
vertex(bottomRadius * cos(angle), tall, bottomRadius * sin(angle));
angle += angleIncrement;
}
endShape();
}
}

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