Fig. 09 · Laboratorio de robótica · Un giroscopio y un acelerómetro en dos cables

Alarma de inclinación MPU-6050

Arduino Nano

Cargando la figura…

Banco

Aún sin lectura

Alabeo (roll)

Aún sin lectura

Consumo de corriente

0 mA

Monta y avería

1MontajeSiguiente
Déjala en la PCB desnuda
Quita todas las piezas de la placa azul. Las volverás a poner tal como se fabrica: primero el chip, el regulador y las piezas pequeñas, y luego la tira de pines.
2
Coloca las piezas SMD y haz el reflujo
3
Pon la tira de 8 pines
4
Suelda la tira de pines
5
Conecta la Nano
6
Conecta el zumbador
7
Alimenta el banco
8
Carga Lecturas en bruto
9
Carga Alarma de inclinación
10
Carga Nunca despertado
11
Carga Escaneo I2C
12
Conecta VCC y GND al revésAveríala
13
Alimenta VCC desde una LiPo 2SAveríala
14
Deja sin poner C14Averíala
15
Deja sin poner R6Averíala
16
Deja una soldadura fría en SDAAveríala
17
Pon C10 al revésAveríala
18
Vista despiezada

Averíala a propósito

Cada avería es de las que pillan a quien monta de verdad. Provócala, lee el síntoma en el banco y luego arréglala.

VCC invertida
polaridad invertida
Por qué pasa
Síntoma: El LED sigue apagado y el regulador se calienta; después, puede que la placa no lea nada.
Nada en la GY-521 bloquea una alimentación invertida. La corriente pasa hacia atrás por los diodos de protección del regulador y del chip, limitada solo por el USB de la Nano. Unos pocos segundos pueden matar el 662K y, a veces, el MPU-6050.
Solución: Desconecta enseguida, conecta VCC a 5V y GND a GND, y cambia el regulador si se ha calentado.
7,4 V en VCC
tensión incorrecta
Por qué pasa
Síntoma: El regulador se quema: huele y el encapsulado cambia de color. Después, nada responde en el bus.
El 662K (XC6206) admite 6 V de entrada. Una LiPo 2S da 7,4-8,4 V. Si el regulador falla en cortocircuito, la tensión de la batería llega también al MPU-6050, que aguanta 3,46 V.
Solución: Alimenta VCC desde el 5V de la Nano, nunca desde la batería del robot ni desde VIN.
Sin condensador en CPOUT
falta una pieza
Por qué pasa
Síntoma: gx salta decenas de °/s mientras la placa está quieta. El acelerómetro va bien.
La bomba de carga del giroscopio necesita su condensador para generar la tensión que mueve las masas de medida. Sin él, la salida del giroscopio es ruido. El Arduino Playground avisa de esto: un condensador equivocado da un nivel de ruido alto.
Solución: Pon C14 (2,2 nF) y haz el reflujo.
Sin pull-down en AD0
entrada flotante
Por qué pasa
Síntoma: El zumbador suena con el robot quieto: el sketch imprime roll -135° y ALARM.
Con AD0 flotando hacia arriba, el chip responde en 0x69. El sketch pregunta a 0x68, nadie responde y Wire.read() devuelve -1 para cada byte. Todos los valores leen -1 cuenta, y atan2(-1, -1) es -135°.
Solución: Pon R6, o cambia MPU a 0x69 en el sketch. Mejor aún: comprueba que requestFrom() ha recibido sus 14 bytes antes de usarlos.
Soldadura fría en SDA
soldadura fría
Por qué pasa
Síntoma: Falsas alarmas cortas: de vez en cuando una lectura vuelve como roll -135°.
A través de una soldadura que hace y deshace contacto, algunas lecturas no reciben respuesta y vuelven con -1 en todo. Una alarma que se fía de una sola lectura pita con cada una de ellas.
Solución: Vuelve a calentar la soldadura con estaño nuevo hasta que fluya y forme un cono brillante. En el sketch, ignora las lecturas que hayan fallado.
C10 al revés
pieza al revés
Por qué pasa
Síntoma: El tántalo se calienta en cuanto se alimenta la placa, y puede agrietarse o echar humo.
La capa de óxido de un condensador de tántalo solo bloquea la corriente en un sentido. Al revés, conduce, se calienta y puede fallar en cortocircuito.
Solución: Desconecta y pon uno nuevo con la franja (+) en el lado de 3,3 V, como indica la serigrafía.

Conoce el banco

monta la GY-521, despiértala y luego haz que avise cuando el robot se incline

Un robot necesita saber dónde está el suelo. El MPU-6050 de esta pequeña placa azul GY-521 mide la aceleración en tres ejes, gravedad incluida, y la velocidad de giro en otros tres, y lo entrega todo por I2C en la dirección 0x68. Tumbado en plano marca 1 g en Z; inclinado, parte de ese 1 g pasa a Y, y atan2(ay, az) da el ángulo. Monta la placa, léela desde una Nano con llamadas simples a Wire y luego haz que suene un zumbador cuando el robot se incline más de 20°. Después averíalo: aliméntalo al revés o desde una LiPo, deja sin poner el condensador que necesita el giroscopio, pierde el pull-down de la dirección, deja una soldadura fría en SDA y pon el tántalo al revés.

Fuentes

En el banco

Seleccionado

El sketch usa 4598 bytes del espacio de almacenamiento de programa

Código: Lecturas en bruto

// MPU-6050: lecturas I2C en bruto, sin librería
#include <Wire.h>

const int MPU = 0x68;   // AD0 en bajo: dirección 0x68
int16_t ax, ay, az, gx;

void wake() {
  Wire.beginTransmission(MPU);
  Wire.write(0x6B);     // PWR_MGMT_1: escribe 0 para despertar el chip (arranca dormido)
  Wire.write(0);
  Wire.endTransmission();
}

void readImu() {
  Wire.beginTransmission(MPU);
  Wire.write(0x3B);     // ACCEL_XOUT_H: los 14 bytes desde aquí son acelerómetro X, Y, Z, temperatura, giroscopio X, Y, Z
  Wire.endTransmission(false);
  Wire.requestFrom(MPU, 14);
  ax = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  ay = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  az = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  Wire.read(); Wire.read();   // la temperatura: se salta
  gx = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  Wire.read(); Wire.read(); Wire.read(); Wire.read();
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Wire.begin();
  wake();
  Serial.println("mpu6050: awake, +-2 g, +-250 deg/s");
}

void loop() {
  readImu();
  Serial.print("ax ");
  Serial.print(ax / 16384.0, 2);   // 16384 cuentas = 1 g a ±2 g
  Serial.print(" ay ");
  Serial.print(ay / 16384.0, 2);
  Serial.print(" az ");
  Serial.print(az / 16384.0, 2);
  Serial.print(" g | gx ");
  Serial.print(gx / 131.0, 1);     // 131 cuentas = 1 °/s a ±250 °/s
  Serial.println(" deg/s");
  delay(1000);
}

Tareas prácticas

0/2 tareas

Escribe el código y luego ejecuta las comprobaciones. La ejecución usa un reloj virtual y un entorno con guion, así que el mismo código da siempre el mismo resultado.

Haz sonar la alarma a partir de 20°

Arduino C++

El código de partida lee la inclinación y la imprime, pero nada avisa a nadie. Cuando el alabeo pase de 20° hacia cualquier lado, pon D13 en HIGH y toca un tono de 2 kHz en el zumbador (D8); si no, D13 en LOW y noTone(). Al principio la placa está nivelada, a los 2 s se inclina 35°, a los 3,5 s vuelve a -10° y a los 5 s se inclina -40°.

Comprobaciones

Aún sin ejecutarSe ejecuta
Aún sin ejecutarNivelada: D13 en LOW
Aún sin ejecutarInclinada 35°: D13 en HIGH
Aún sin ejecutarInclinada 35°: el zumbador suena a unos 2 kHz
Aún sin ejecutarDe vuelta a -10°: D13 otra vez en LOW
Aún sin ejecutarInclinada -40°: D13 en HIGH
Aún sin ejecutarInclinada -40°: el zumbador suena

Pistas

abs(roll) > 20 detecta los dos sentidos.
tone(BUZZER, 2000) sigue sonando hasta noTone(BUZZER).
digitalWrite(13, alarm ? HIGH : LOW); fija el LED en una línea.

Código de Haz sonar la alarma a partir de 20°

// Avisa con D13 y el zumbador cuando el robot se incline más de 20°
#include <Wire.h>

const int MPU = 0x68;   // AD0 en bajo: dirección 0x68
int16_t ax, ay, az, gx;

void wake() {
  Wire.beginTransmission(MPU);
  Wire.write(0x6B);     // PWR_MGMT_1: escribe 0 para despertar el chip (arranca dormido)
  Wire.write(0);
  Wire.endTransmission();
}

void readImu() {
  Wire.beginTransmission(MPU);
  Wire.write(0x3B);     // ACCEL_XOUT_H: los 14 bytes desde aquí son acelerómetro X, Y, Z, temperatura, giroscopio X, Y, Z
  Wire.endTransmission(false);
  Wire.requestFrom(MPU, 14);
  ax = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  ay = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  az = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  Wire.read(); Wire.read();   // la temperatura: se salta
  gx = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  Wire.read(); Wire.read(); Wire.read(); Wire.read();
}

const int BUZZER = 8;
unsigned long lastPrint = 0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Wire.begin();
  wake();
  pinMode(13, OUTPUT);
  Serial.println("tilt alarm: beeps past 20 deg");
}

void loop() {
  readImu();
  float roll = atan2(ay, az) * 180.0 / PI;
  // a partir de 20° hacia cualquier lado: D13 en HIGH y un tono de 2 kHz; si no, D13 en LOW y noTone()
  if (millis() - lastPrint >= 1000) {
    lastPrint = millis();
    Serial.print("roll ");
    Serial.print(roll, 0);
    Serial.print(" deg");
    if (abs(roll) > 20) Serial.print(" ALARM");
    Serial.println();
  }
  delay(100);
}

Calibra el giroscopio

Arduino C++

La placa está quieta y aun así gx marca unos 0,6 °/s: el offset de velocidad cero del giroscopio, de hasta ±20 °/s en este chip. Intégralo y el ángulo se va alejando. En setup(), lee gx 200 veces, promedia las cuentas en offset e imprímelo como "calibrated: offset N counts". loop() ya lo resta.

Comprobaciones

Aún sin ejecutarSe ejecuta
Aún sin ejecutarImprime el offset que ha medido, unas 79 cuentas
Aún sin ejecutarDespués de calibrar, gx marca 0,00 °/s en reposo

Pistas

long sum = 0; for (int i = 0; i < 200; i++) { sum += readGx(); delay(2); }
offset = sum / 200; lo deja en cuentas, como las lecturas.
Mantén la placa quieta mientras se calibra: cualquier giro pasa a formar parte del offset.

Código de Calibra el giroscopio

Monta y avería

1MontajeSiguiente

Déjala en la PCB desnuda

Quita todas las piezas de la placa azul. Las volverás a poner tal como se fabrica: primero el chip, el regulador y las piezas pequeñas, y luego la tira de pines.

Coloca las piezas SMD y haz el reflujo

Pon la tira de 8 pines

Suelda la tira de pines

Conecta la Nano

Conecta el zumbador

Alimenta el banco

Carga Lecturas en bruto

Carga Alarma de inclinación

Carga Nunca despertado

Carga Escaneo I2C

Conecta VCC y GND al revésAveríala

Alimenta VCC desde una LiPo 2SAveríala

Deja sin poner C14Averíala

Deja sin poner R6Averíala

Deja una soldadura fría en SDAAveríala

Pon C10 al revésAveríala

Vista despiezada

Conoce el banco

monta la GY-521, despiértala y luego haz que avise cuando el robot se incline

En el banco

Seleccionado

El sketch usa 4598 bytes del espacio de almacenamiento de programa

Código: Lecturas en bruto

// MPU-6050: lecturas I2C en bruto, sin librería
#include <Wire.h>

const int MPU = 0x68;   // AD0 en bajo: dirección 0x68
int16_t ax, ay, az, gx;

void wake() {
  Wire.beginTransmission(MPU);
  Wire.write(0x6B);     // PWR_MGMT_1: escribe 0 para despertar el chip (arranca dormido)
  Wire.write(0);
  Wire.endTransmission();
}

void readImu() {
  Wire.beginTransmission(MPU);
  Wire.write(0x3B);     // ACCEL_XOUT_H: los 14 bytes desde aquí son acelerómetro X, Y, Z, temperatura, giroscopio X, Y, Z
  Wire.endTransmission(false);
  Wire.requestFrom(MPU, 14);
  ax = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  ay = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  az = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  Wire.read(); Wire.read();   // la temperatura: se salta
  gx = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  Wire.read(); Wire.read(); Wire.read(); Wire.read();
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Wire.begin();
  wake();
  Serial.println("mpu6050: awake, +-2 g, +-250 deg/s");
}

void loop() {
  readImu();
  Serial.print("ax ");
  Serial.print(ax / 16384.0, 2);   // 16384 cuentas = 1 g a ±2 g
  Serial.print(" ay ");
  Serial.print(ay / 16384.0, 2);
  Serial.print(" az ");
  Serial.print(az / 16384.0, 2);
  Serial.print(" g | gx ");
  Serial.print(gx / 131.0, 1);     // 131 cuentas = 1 °/s a ±250 °/s
  Serial.println(" deg/s");
  delay(1000);
}

Alarma de inclinación MPU-6050

El banco

Monta y avería

Déjala en la PCB desnuda

Coloca las piezas SMD y haz el reflujo

Pon la tira de 8 pines

Suelda la tira de pines

Conecta la Nano

Conecta el zumbador

Alimenta el banco

Carga Lecturas en bruto

Carga Alarma de inclinación

Carga Nunca despertado

Carga Escaneo I2C

Conecta VCC y GND al revésAveríala

Alimenta VCC desde una LiPo 2SAveríala

Deja sin poner C14Averíala

Deja sin poner R6Averíala

Deja una soldadura fría en SDAAveríala

Pon C10 al revésAveríala

Vista despiezada

Averíala a propósito

VCC invertida

7,4 V en VCC

Sin condensador en CPOUT

Sin pull-down en AD0

Soldadura fría en SDA

C10 al revés

Estado en vivo

Consumo de corriente

Ponte a prueba

Después de: Suelda la tira de pines

Después de: Carga Alarma de inclinación

Después de: Pon C10 al revés

Cuestionario final del banco

Conoce el banco

Fuentes

En el banco

Tareas prácticas

Haz sonar la alarma a partir de 20°

Comprobaciones

Calibra el giroscopio

Comprobaciones

Alarma de inclinación MPU-6050

El banco

Monta y avería

Déjala en la PCB desnuda

Coloca las piezas SMD y haz el reflujo

Pon la tira de 8 pines

Suelda la tira de pines

Conecta la Nano

Conecta el zumbador

Alimenta el banco

Carga Lecturas en bruto

Carga Alarma de inclinación

Carga Nunca despertado

Carga Escaneo I2C

Conecta VCC y GND al revésAveríala

Alimenta VCC desde una LiPo 2SAveríala

Deja sin poner C14Averíala

Deja sin poner R6Averíala

Deja una soldadura fría en SDAAveríala

Pon C10 al revésAveríala

Vista despiezada

Averíala a propósito

VCC invertida

7,4 V en VCC

Sin condensador en CPOUT

Sin pull-down en AD0

Soldadura fría en SDA

C10 al revés

Estado en vivo

Consumo de corriente

Ponte a prueba

Después de: Suelda la tira de pines

Después de: Carga Alarma de inclinación

Después de: Pon C10 al revés

Cuestionario final del banco

Conoce el banco

Fuentes