Módulo GY-521 (MPU-6050) com o ESP32 | GIROSCÓPIO

Módulo GY-521 (MPU-6050) com o ESP32 | ACELERÔMETRO E GIROSCÓPIO

Olá, entusiastas da eletrônica e inovação! Neste tutorial, iremos explorar o módulo GY-521: suas aplicações, conexões e projetos práticos. Além disso, aprofundaremos nosso conhecimento sobre acelerômetro, giroscópios e também o protocolo I2C, essencial para a interação com este sensor.

Conhecendo o Módulo GY-521 (MPU-6050) | ACELERÔMETRO E GIROSCÓPIO

O módulo GY-521 é um módulo que utiliza o chip MPU-6050, é uma verdadeira maravilha da tecnologia que pode adicionar detecção de movimento e orientação aos seus projetos, unindo giroscópio e acelerometro de alta precisão em um único módulo tornando-o uma excelente opção.

Versatilidade de Aplicações: O módulo GY-521 é reconhecido por sua versatilidade, sendo aplicável em diversos projetos eletrônicos, como drones, robôs e dispositivos de realidade virtual.

Combinação de Sensores: Equipado com o chip MPU-6050, integra giroscópio e acelerômetro em um único dispositivo, permitindo medições precisas de movimentos e orientações.

Protocolo de Comunicação I2C: Utiliza o eficiente protocolo I2C, essencial para conexão com outros dispositivos no mesmo barramento.

Alta Precisão de Medição: Apresenta alta precisão nas medições de taxas de rotação, graças ao giroscópio, e fornece dados precisos sobre aceleração linear por meio do acelerômetro.

Acelerômetros e Giroscópios

Mas antes de entrarmos nos projetos, vamos ent: Para que serve o acelerômetro e o que exatamente é um giroscópio? Há alguma diferença importante entre eles?

Mergulhando na Prática

Vamos agora colocar a mão na massa! Então pegue o seu kit, pois estamos prestes a mostrar como utilizar o GY-521.

Componentes necessários

• ESP32
• Protoboard
• GY-521
• LED (qualquer cor)
• Resistor de 100 Ω
• Jumper MXM

BIBLIOTECAS

Para utilizar esse módulo com o ESP32 é necessário a instalação de algumas bibliotecas. Basta seguir esse passo-a-passo.

• Abra a IDE da Arduino

• Rascunho > Incluir Biblioteca > Gerenciar Bibliotecas…  

• Procure por “Adafruit MPU6050”. Em seguida instale. 

• Agora clique em INSTALAR TODAS, com isso você irá instalar todas as bibliotecas necessárias incluindo (Adafruit Unified Sensor e Adafruit BusIO).

• Pronto, já podemos utilizar nosso GY-521.

PROJETO 1

No nosso projeto inicial, vamos efetuar a leitura do sensor GY-521 e exibir os movimentos nos diferentes eixos no monitor serial.

//                                VIDA DE SILICIO
//                                    KIT ESP32
//                                      AULA 7 
//                      PROGRAMA 1 : PROJETO LEITURA DOS EIXOS

//inclusão das bibliotecas
#include <Adafruit_MPU6050.h>
#include <Adafruit_Sensor.h>
#include <Wire.h>
Adafruit_MPU6050 mpu;

//Variaveis para receber os valores de aceleração dos eixos
int valoranteriorX = 0 ;
int valoranteriorY = 0 ;
int valoranteriorZ = 0 ;

//Define os leds
#define ledvermelho = 4;
#define ledamarelo = 5;
#define ledverde = 18;



void setup(void) {
  Serial.begin(115200); // iniciar o monitor serial 

 //Verifica se o módulo GY-521 (MPU6050) está conectado 
  if (!mpu.begin()) {
    Serial.println("Falha ao conectar o módulo");// caso não encontre
    while (1) {
      delay(10);
    }
  }
  Serial.println("Módulo conectado"); // caso encontre
// Definição da variação do chip.
  mpu.setAccelerometerRange(MPU6050_RANGE_8_G);
  Serial.print("Variação do aceleremetro para: ");
  switch (mpu.getAccelerometerRange()) {
  case MPU6050_RANGE_2_G:
    Serial.println("+-2G");
    break;
  case MPU6050_RANGE_4_G:
    Serial.println("+-4G");
    break;
  case MPU6050_RANGE_8_G:
    Serial.println("+-8G");
    break;
  case MPU6050_RANGE_16_G:
    Serial.println("+-16G");
    break;
  }
  mpu.setGyroRange(MPU6050_RANGE_500_DEG);
  Serial.print("Variação do Giroscópio para: ");
  switch (mpu.getGyroRange()) {
  case MPU6050_RANGE_250_DEG:
    Serial.println("+- 250 deg/s");
    break;
  case MPU6050_RANGE_500_DEG:
    Serial.println("+- 500 deg/s");
    break;
  case MPU6050_RANGE_1000_DEG:
    Serial.println("+- 1000 deg/s");
    break;
  case MPU6050_RANGE_2000_DEG:
    Serial.println("+- 2000 deg/s");
    break;
  }

  mpu.setFilterBandwidth(MPU6050_BAND_21_HZ);
  Serial.print("Filtro: ");
  switch (mpu.getFilterBandwidth()) {
  case MPU6050_BAND_260_HZ:
    Serial.println("260 Hz");
    break;
  case MPU6050_BAND_184_HZ:
    Serial.println("184 Hz");
    break;
  case MPU6050_BAND_94_HZ:
    Serial.println("94 Hz");
    break;
  case MPU6050_BAND_44_HZ:
    Serial.println("44 Hz");
    break;
  case MPU6050_BAND_21_HZ:
    Serial.println("21 Hz");
    break;
  case MPU6050_BAND_10_HZ:
    Serial.println("10 Hz");
    break;
  case MPU6050_BAND_5_HZ:
    Serial.println("5 Hz");
    break;
  }

  Serial.println("");
  delay(100);

  //Inicia os pinos dos leds como saida
  pinMode(ledvermelho,OUTPUT);
  pinMode(ledamarelo,OUTPUT);
  pinMode(ledverde,OUTPUT);

  //Garante que iniciem desligados
  digitalWrite(ledvermelho,LOW);
  digitalWrite(ledamarelo,LOW);
  digitalWrite(ledverde,LOW);

}

void loop() {

  //Variáveis para leitura do Acelerometro, Giroscopio e Tempratura.
  sensors_event_t a, g, temp;
  mpu.getEvent(&a, &g, &temp);

  //Imprime os valores do acelerometro no monitor serial
  Serial.print("Aceleração X: ");
  Serial.print(a.acceleration.x);
  Serial.print(", Y: ");
  Serial.print(a.acceleration.y);
  Serial.print(", Z: ");
  Serial.print(a.acceleration.z);
  Serial.println(" m/s^2");
//Imprime os valores do giroscopio no monitor serial
  Serial.print("Rotação X: ");
  Serial.print(g.gyro.x);
  Serial.print(", Y: ");
  Serial.print(g.gyro.y);
  Serial.print(", Z: ");
  Serial.print(g.gyro.z);
  Serial.println(" rad/s");
//Imprime os valores do termometro no monitor serial
  Serial.print("Temperatura: ");
  Serial.print(temp.temperature);
  Serial.println(" °C");

  Serial.println("");
  delay(2000); // Atraso definido em milisegundos entre as leituras ** EDITAVEL**
}

PROJETO 2

Logo em seguida, vamos inserir três LEDs na montagem, utilizando-os como indicadores para alertar sempre que o sensor detectar movimento em qualquer um dos três eixos (x, y e z).

//                                VIDA DE SILICIO
//                                    KIT ESP32
//                                      AULA 7 
//                      PROGRAMA 1 : PROJETO LEITURA DOS EIXOS

//inclusão das bibliotecas
#include <Adafruit_MPU6050.h>
#include <Adafruit_Sensor.h>
#include <Wire.h>
Adafruit_MPU6050 mpu;

//Variaveis para receber os valores de aceleração dos eixos
int valoranteriorX = 0 ;
int valoranteriorY = 0 ;
int valoranteriorZ = 0 ;

//Define os leds
const int ledvermelho = 4;
const int ledamarelo = 5;
const int ledverde = 18;



void setup(void) {
  Serial.begin(115200); // iniciar o monitor serial 

 //Verifica se o módulo GY-521 (MPU6050) está conectado 
  if (!mpu.begin()) {
    Serial.println("Falha ao conectar o módulo");// caso não encontre
    while (1) {
      delay(10);
    }
  }
  Serial.println("Módulo conectado"); // caso encontre
// Definição da variação do chip.
  mpu.setAccelerometerRange(MPU6050_RANGE_8_G);
  Serial.print("Variação do aceleremetro para: ");
  switch (mpu.getAccelerometerRange()) {
  case MPU6050_RANGE_2_G:
    Serial.println("+-2G");
    break;
  case MPU6050_RANGE_4_G:
    Serial.println("+-4G");
    break;
  case MPU6050_RANGE_8_G:
    Serial.println("+-8G");
    break;
  case MPU6050_RANGE_16_G:
    Serial.println("+-16G");
    break;
  }
  mpu.setGyroRange(MPU6050_RANGE_500_DEG);
  Serial.print("Variação do Giroscópio para: ");
  switch (mpu.getGyroRange()) {
  case MPU6050_RANGE_250_DEG:
    Serial.println("+- 250 deg/s");
    break;
  case MPU6050_RANGE_500_DEG:
    Serial.println("+- 500 deg/s");
    break;
  case MPU6050_RANGE_1000_DEG:
    Serial.println("+- 1000 deg/s");
    break;
  case MPU6050_RANGE_2000_DEG:
    Serial.println("+- 2000 deg/s");
    break;
  }

  mpu.setFilterBandwidth(MPU6050_BAND_21_HZ);
  Serial.print("Filtro: ");
  switch (mpu.getFilterBandwidth()) {
  case MPU6050_BAND_260_HZ:
    Serial.println("260 Hz");
    break;
  case MPU6050_BAND_184_HZ:
    Serial.println("184 Hz");
    break;
  case MPU6050_BAND_94_HZ:
    Serial.println("94 Hz");
    break;
  case MPU6050_BAND_44_HZ:
    Serial.println("44 Hz");
    break;
  case MPU6050_BAND_21_HZ:
    Serial.println("21 Hz");
    break;
  case MPU6050_BAND_10_HZ:
    Serial.println("10 Hz");
    break;
  case MPU6050_BAND_5_HZ:
    Serial.println("5 Hz");
    break;
  }

  Serial.println("");
  delay(100);

  //Inicia os pinos dos leds como saida
  pinMode(ledvermelho,OUTPUT);
  pinMode(ledamarelo,OUTPUT);
  pinMode(ledverde,OUTPUT);

  //Garante que iniciem desligados
  digitalWrite(ledvermelho,LOW);
  digitalWrite(ledamarelo,LOW);
  digitalWrite(ledverde,LOW);

}

void loop() {

  //Variáveis para leitura do Acelerometro, Giroscopio e Tempratura.
  sensors_event_t a, g, temp;
  mpu.getEvent(&a, &g, &temp);

  //Imprime os valores do acelerometro no monitor serial
  Serial.print("Aceleração X: ");
  Serial.print(a.acceleration.x);
  Serial.print(", Y: ");
  Serial.print(a.acceleration.y);
  Serial.print(", Z: ");
  Serial.print(a.acceleration.z);
  Serial.println(" m/s^2");
//Imprime os valores do giroscopio no monitor serial
  Serial.print("Rotação X: ");
  Serial.print(g.gyro.x);
  Serial.print(", Y: ");
  Serial.print(g.gyro.y);
  Serial.print(", Z: ");
  Serial.print(g.gyro.z);
  Serial.println(" rad/s");
//Imprime os valores do termometro no monitor serial
  Serial.print("Temperatura: ");
  Serial.print(temp.temperature);
  Serial.println(" °C");

  Serial.println("");

  //Condições de movimento para que os leds sejam acesos
  //eixo X
   int valoratualX = a.acceleration.x;

  if (valoratualX != valoranteriorX) {
    digitalWrite(ledvermelho, HIGH); // Acende o LED se houver alteração
  } else {
    digitalWrite(ledvermelho, LOW); // Mantém o LED apagado se não houver alteração
  }
valoranteriorX = valoratualX; // Atualiza o valor anterior para a próxima comparação

  //Eixo Y
      int valoratualY = a.acceleration.y;
    
    if (valoratualY != valoranteriorY) {
    digitalWrite(ledamarelo, HIGH); // Acende o LED se houver alteração
  } else {
    digitalWrite(ledamarelo, LOW); // Mantém o LED apagado se não houver alteração
  }

  valoranteriorY = valoratualY; // Atualiza o valor anterior para a próxima comparação

  //Eixo Z
   int valoratualZ = a.acceleration.z;

  if (valoratualZ != valoranteriorZ) {
    digitalWrite(ledverde, HIGH); // Acende o LED se houver alteração
  } else {
    digitalWrite(ledverde, LOW); // Mantém o LED apagado se não houver alteração
  }
valoranteriorZ = valoratualZ; // Atualiza o valor anterior para a próxima comparação
  
  delay(500); // Atraso definido em milisegundos entre as leituras ** EDITAVEL**
}

Entendendo a fundo

Arquitetura

Funcionamento

O módulo GY-521, também conhecido como MPU-6050 que é o chip utilizado nesse módulo, é uma unidade que integra funcionalidades de um acelerômetro e um giroscópio, permitindo a medição precisa de movimentos e orientação em um espaço tridimensional. O acelerômetro é responsável por mensurar a aceleração linear ao longo dos três eixos cartesianos (X, Y, Z), fornecendo informações sobre o quão rápido um objeto está se movendo em uma determinada direção. Por outro lado, o giroscópio avalia a taxa de rotação em torno dos mesmos eixos, indicando as mudanças na orientação do objeto.

Dessa forma, o GY-521 fornece dados abrangentes sobre o comportamento dinâmico de um objeto, capturando tanto as acelerações lineares quanto as rotações, sendo particularmente útil em aplicações que exigem um entendimento detalhado dos movimentos em três dimensões. Essa combinação de sensores permite que o módulo seja aplicado em uma variedade de projetos, desde controle de movimento até estabilização de dispositivos, contribuindo para uma ampla gama de aplicações em eletrônica e automação.

Conclusão

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Danilo Alvarez