Aufbau, Funktion, Anschließen und programmieren des Gyroskop-Beschleunigungs-Sensor-Modul MPU-6050 (GY-521)

Anschließen und programmieren deines Beschleunigungssensors und Gyroskop MPU-6050

 
 

 

 

Einführung

 

Der Beschleunigungssensor mit Gyroskop MPU-6050 ist ein wahres Multifunktionstalent und vereint mehrere Sensoren in einem.

3-Achsen-Gyroskop-Sensor

1. Er misst die lineare Beschleunigung in drei Richtungen. In X-, Y- und Z-Richtung.

2. Das integrierte Gyroskop misst die Drehung in drei Achsen. Man spricht hier von Gieren (um Z-Achse), Nicken (um Y-Achse) und Rollen (um X-Achse).

3. Er misst zusätzlich noch die Temperatur.

Die Sensoren sind derart kompakt designed, dass das Modul trotz seiner Vielseitigkeit nur wenige Centimeter groß ist. Diese kleinen, zum großen Teil aus Silizium bestehenden Sensoren bezeichnet man als „Mikro-elektro-mechanische-Systeme“, oder kurz MEMS.

Genau in dieser Form kommen die Sensoren übrigens auch in deinem Smartphone vor. Hierfür werden sie zur Navigation, unterstützend zum GPS, zur Bildschirmdrehung, Bildstabilisation und für diverse Spiele genutzt.

Im Nachfolgenden möchten wir dir erklären, wie das Modul aufgebaut ist, wie der Beschleunigungssensor und das Gyroskop funktionieren und zu guter Letzt, wie du den Sensor an deinen Raspberry Pi anschließt und programmierst.

 

Los gehts!

 
 
 
 

 

Aufbau und Funktionsweise des Beschleunigungssensor und Gyroskop MPU-6050

 

Aufbau

Auf dem Modul befinden sich die MEMS-Sensoren. Herzstück ist der DMP (digital motion processor). Er vereint die Werte von Gyroskop und Beschleunigungssensor und gibt genaue und stabile Werte aus.

Gyroskopsensor MPU-6050

Beschreibung der Pins:

1. VCC – Spannungsversorgung des Sensors. Er wird mit 3,3 V DC versorgt.

2. GND – Ist die Masse.

3. SCL und SDA – Anschlüsse für den Kommunikationsbus I2C zum Raspberry Pi.

4. XDA und XCL – Darüber kann ein zusätzlicher Sensor an den Bus angeschlossen werden.

5. AD0 – Pin zum Ändern der Sensor-Adressierung (Standard 0x68 – Hex). Notwendig beim Anschluss mehrer Sensoren im Bus.

6. INT – Interrupt-Flag im Statusregister setzen.

 
 

Funktionsweise

 

Das Modul besteht aus mehreren Einzelsensoren. Einem Beschleunigungssensor und einem Gyroskop (und einem Temperatursensor).

 
 

Beschleunigungssensor

Der Beschleunigungssensor oder auch Accelerometer genannt, hat in der Ausführung als MEMS folgende Funktionsweise:

Funktionsweise eines Accelerometer

Der Sensor besteht aus einem gefederten Teil und vielen festen Bezugselektroden. Bei dem eingesetzten Material handelt es sich um Silizium. Der gefederte Teil ist an einer Masse befestigt. Wirkt nun eine Beschleunigungskraft auf den beweglichen gefederten Teil, so wird dieser ausgelenkt; In die Richtung, in der die Kraft wirkt. Das Verhältnis der Abstände zwischen Bezugselektroden und Messstege am beweglichen Teil ändern sich. Es wird eine Kapazitätsänderung messbar, aus welcher man auf die Stärke der Auslenkung und somit auf die Beschleunigung schließen kann.

 
 

Gyroskop

 

Funktion Gyroskop - Corioliskraft

Das Gyroskop funktioniert nach einem ähnlichen Prinzip. Der bewegliche gefederte Teil des Sensors wird zum Schwingen gebracht. Übt man nun eine Drehbewegung senkrecht zum Sensor aus, resultiert daraus eine dritte Kraft. Die Corioliskraft, welche Senkrecht zur Schwingung wirkt. Diese resultierende Auslenkung ist nun wieder durch eine Änderung der Kapazität zwischen Messsteg und Bezugselektrode messbar.

 

Eingesetzt werden Sensoren dieser Art beispielsweise in Airbags, Robotern, Radauswuchtungsmaschinen und als Vibrations-/Schwingungsmessung an Gebäuden oder Maschinen.

 
 
 
 

 

 

Installation und Anschluss des Beschleunigungssensor und Gyroskop MPU-6050

 

Wenn du deinen MPU-6050 anschließen möchtest, benötigst du folgende Dinge:

 

  • 4 Jumperkabel F-F
  • Lötkolben
  • Lötzinn

 

Als Erstes musst du die mitgelieferten Anschlusspins anlöten. Je nach Bedarf kannst du die geraden oder die gewinkelten Pins benutzen. Es empfiehlt sich ein Lötkolben mit schmaler Lötspitze, da die Pins sehr nah aneinander liegen.

 

MPU-6050 GY-521 mit Anschlusspins

 

Ist das erledigt und die Lötstellen abgekühlt, kannst du den Sensor nach folgender Schaltung aufbauen:

 

Schaltung zum Anschluss des MPU-6050 an den Raspberry Pi

 

Erklärung zur Schaltung:

Der Sensor wird an VCC mit 3,3 V Gleichspannung versorgt. GND des Sensors wird an einen GND des Raspberry Pi angeschlossen. SCL und SDA müssen an den I2C-Bus am Raspberry Pi angeschlossen werden. SCL also an PIN 5 und SDA an PIN 3.

 
 
 
 

 

 

Programmierung des Beschleunigungssensor und Gyroskop MPU-6050

 

Für die Programmierung möchten wir dich vorerst auf eine Seite verweisen, welche einen Python-Code (Version 2) zum Auslesen der Beschleunigung und der Drehung zur Verfügung stellt:

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