El وحدة GY-521 وهو مكون يستخدم على نطاق واسع في المشاريع التي تتضمن قياس الحركة والاتجاه، وذلك بفضل حقيقة أنه يدمج مقياس التسارع والجيروسكوب في جهاز واحد. هذا المكون متعدد الاستخدامات ويمكن استخدامه في المشاريع التي تحتوي على منصات تطوير مثل Arduino، مما يوفر بيانات مهمة عن التسارع في ثلاثة محاور والسرعة الزاوية.
ستزودك هذه المقالة بجميع المعلومات التي تحتاجها لفهم GY-521 والعمل معه، بدءًا من أكثر ميزاته التقنية وحتى أمثلة التعليمات البرمجية التي يمكنك تنفيذها باستخدام Arduino. سنرى أيضًا كيف يمكن توصيل هذه الوحدة بـ Arduino ونوع البيانات التي يمكن استخراجها واستخدامها في مشاريعك.
ما هو GY-521 وكيف يعمل؟
تعتمد وحدة GY-521 على مستشعر MPU-6050، وهو عبارة عن شريحة تجمع بين مقياس تسارع ثلاثي المحاور وجيروسكوب ثلاثي المحاور. وهذا يعني أن GY-521 يمكنه قياس كل من التسارع والسرعة الزاوية في المحاور الثلاثة (X وY وZ).
مقياس التسارع فهو يقيس التسارع في ثلاثة اتجاهات، والذي يشمل كلا من التسارع الناتج عن الحركة والتسارع الناتج عن الجاذبية. وهذا يعني أنه يمكنه اكتشاف الزاوية التي يميل بها الجهاز بالنسبة إلى الأرض.
الجيروسكوبومن جانبه يقيس السرعة الزاوية أو الدورانية في ثلاثة محاور. بهذه الطريقة يمكنك معرفة مدى سرعة دوران شيء ما وفي أي اتجاه.
الخصائص التقنية للGY-521
يتميز GY-521 ليس فقط بمقياس التسارع وتكامل الجيروسكوب، ولكن أيضًا بسلسلة من الميزات التقنية التي تجعله مثاليًا لمشاريع الروبوتات والطائرات بدون طيار والأنظمة الأخرى التي تتطلب قياسًا دقيقًا للحركة.
- جهد التشغيل: يمكن تشغيله بجهد 3.3 فولت و5 فولت، وذلك بفضل احتوائه على منظم جهد في الوحدة نفسها.
- اتصال I2C: تتواصل هذه الوحدة مع Arduino أو أي منصة أخرى باستخدام ناقل I2C، مما يجعل من السهل توصيل الجهاز والتحكم فيه.
- نطاق قياس التسارع: يمكن لمقياس التسارع قياس مدى قابل للتعديل من ±2 جرام إلى ±16 جرام، مما يسمح لك بضبط الدقة وفقًا لاحتياجات المشروع.
- نطاق قياس الجيروسكوب: مثل مقياس التسارع، يحتوي الجيروسكوب أيضًا على نطاقات مختلفة قابلة للتعديل، وهي ±250 أو ±500 أو ±1000 أو ±2000 درجة في الثانية.
بالإضافة إلى هذه الميزات، يحتوي GY-521 على المحول التناظري الرقمي (CAD) 16 بت، مما يضمن دقة عالية في تحويل الإشارات التناظرية من المستشعرات إلى بيانات رقمية يمكن معالجتها بواسطة Arduino الخاص بك.
ربط GY-521 بالاردوينو
يعد توصيل وحدة GY-521 بـ Arduino أمرًا بسيطًا للغاية بفضل واجهة I2C. هو حافلة I2C يستخدم طرفين: أحدهما لإشارة البيانات (SDA) والآخر لإشارة الساعة (SCL).
لتوصيل GY-521 باللوحة Arduino UNO:
- قم بتوصيل الدبوس VCC من الوحدة إلى دبوس 5V من Arduino.
- قم بتوصيل الدبوس GND من الوحدة إلى دبوس Arduino GND.
- قم بتوصيل الدبوس SCL لتثبيت A5 من اردوينو.
- قم بتوصيل الدبوس SDA لتثبيت A4 من اردوينو.
بمجرد توصيل GY-521 بـ Arduino، يمكنك تحميل مثال رمز بسيط لبدء قراءة البيانات من مقياس التسارع والجيروسكوب.
مثال كودي لقراءة البيانات من GY-521 باستخدام Arduino
نعرض لك أدناه مثالاً للتعليمات البرمجية الأساسية لبدء قراءة البيانات الواردة من مقياس التسارع والجيروسكوب. يتم استخدام المكتبة سلك مما يسهل التواصل مع أجهزة I2C مثل GY-521.
#include
const int MPU = 0x68; // Dirección I2C del MPU-6050.
int16_t accelerometer_x, accelerometer_y, accelerometer_z;
int16_t gyro_x, gyro_y, gyro_z;
int16_t temperature;
void setup() {
Serial.begin(9600);
Wire.begin();
Wire.beginTransmission(MPU);
Wire.write(0x6B); // Registro de gestión de energía del MPU6050.
Wire.write(0); // Coloca a cero para activar el sensor.
Wire.endTransmission(true);
}
void loop() {
Wire.beginTransmission(MPU);
Wire.write(0x3B); // Comienza a leer desde el registro 0x3B (datos de aceleración).
Wire.endTransmission(false);
Wire.requestFrom(MPU, 14, true); // Solicita 14 registros del sensor.
// Leer datos de aceleración:
accelerometer_x = Wire.read() << 8 | Wire.read();
accelerometer_y = Wire.read() << 8 | Wire.read();
accelerometer_z = Wire.read() << 8 | Wire.read();
// Leer datos de giroscopio:
gyro_x = Wire.read() << 8 | Wire.read();
gyro_y = Wire.read() << 8 | Wire.read();
gyro_z = Wire.read() << 8 | Wire.read();
Serial.print("Acc: X="); Serial.print(accelerometer_x);
Serial.print(" | Y="); Serial.print(accelerometer_y);
Serial.print(" | Z="); Serial.println(accelerometer_z);
Serial.print("Gyro: X="); Serial.print(gyro_x);
Serial.print(" | Y="); Serial.print(gyro_y);
Serial.print(" | Z="); Serial.println(gyro_z);
delay(500);
}
سيقرأ هذا الكود الأساسي بيانات التسارع والدوران على المحاور الثلاثة ويعرض القيم على شاشة Arduino Serial Monitor.
تعديل الحجم والحساسية
يسمح GY-521 ضبط المقياس وحساسية كل من مقياس التسارع والجيروسكوب، وهو أمر مفيد إذا كنت ترغب في الحصول على قياسات أكثر دقة أو للمشروعات التي تتوقع فيها اكتشاف المزيد من الحركات المفاجئة.
لتغيير مقياس الجيروسكوب ومقياس التسارع، يجب عليك تعديل السجلات المحددة لجهاز MPU-6050. وإليك كيفية القيام بذلك:
- مقياس التسارع: يمكنك ضبط النطاق على ±2 جرام أو ±4 جرام أو ±8 جرام أو ±16 جرام عن طريق التسجيل ACCEL_CONFIG. اعتمادا على القيمة المكتوبة لهذا السجل، يتم تعيين النطاق المطلوب.
- مقياس الجيروسكوب: بالنسبة للجيروسكوب، يمكن ضبط النطاق بين ±250، ±500، ±1000 و±2000 درجة في الثانية عن طريق التسجيل GYRO_CONFIG.
من خلال إجراء هذه التغييرات، سيغير المستشعر حساسيته، مما يسمح لك بالحصول على بيانات أكثر دقة أو اكتشاف نطاق أوسع من الحركة.
تصفية البيانات: مرشح تكميلي
أحد التحديات عند العمل باستخدام أجهزة استشعار مثل GY-521 هو أن بيانات التسارع والجيروسكوب غالبًا ما تحتوي على مستوى معين من الضوضاء. لتحسين جودة البيانات، يمكنك تطبيق مرشح تكميلي الذي يجمع بين كلا المستشعرين للحصول على تقدير أكثر دقة لاتجاه الجهاز.
يستخدم المرشح التكميلي بيانات الجيروسكوب لقياس التغيرات السريعة في الاتجاه، بينما يتم استخدام بيانات مقياس التسارع لتصحيح الانحراف والحصول على قياس أكثر استقرارًا على المدى الطويل.
تطبيقات GY-521
بفضل قدرته على قياس التسارع والسرعة الزاوية، يتم استخدام GY-521 في مجموعة واسعة من المشاريع والتطبيقات. بعض من الأكثر شيوعا ما يلي:
- أنظمة التحكم بالطائرات بدون طيار: تعد المعلومات المقدمة بواسطة مقياس التسارع والجيروسكوب أمرًا أساسيًا للحفاظ على الاستقرار أثناء الطيران.
- علم الروبوتات: تستخدم بعض الروبوتات بيانات التسارع والدوران للتحرك واكتشاف التغييرات في بيئتها.
- أجهزة محمولة: تُستخدم أجهزة الاستشعار مثل GY-521 في أجهزة مثل عصابات اللياقة البدنية أو الساعات الذكية لقياس حركة المستخدم.
هذه مجرد أمثلة قليلة، ولكن التطبيقات لا حدود لها حقًا عندما يتعلق الأمر بقياس وتفسير بيانات الحركة والاتجاه.
الخلاصة: لماذا يجب عليك اختيار GY-521 لمشاريعك
يعد GY-521، مع دمج مقياس التسارع والجيروسكوب على شريحة واحدة، أداة قوية ومتعددة الاستخدامات لأي مشروع إلكترونيات. كونها متوافقة مع Arduino ولديها واجهة I2C، فمن السهل حقًا دمجها في أي نظام. بالإضافة إلى ذلك، فإن قابليته للتعديل من حيث الحساسية وحقيقة أنه يمكن تنفيذه في مجموعة متنوعة من الروبوتات والتحكم في الحركة والمزيد من المشاريع تجعله خيارًا مثاليًا لأي صانع أو مهندس قيد التدريب.
إذا كنت تبحث عن مستشعر موثوق وسهل الاستخدام مع تطبيقات متعددة، فيجب أن يكون GY-521 بالتأكيد ضمن قائمة المكونات التي يجب أن تمتلكها.