如何使用ATtiny85和MPU6050構(gòu)建計(jì)步器

　　在本教程中，我們將使用 ATtiny85 IC、MPU6050 加速度計(jì)和陀螺儀以及 OLED 顯示模塊構(gòu)建一個(gè)簡單且便宜的計(jì)步器。這款基于 Arduino 的簡單計(jì)步器由 3V 紐扣電池供電，外出散步或慢跑時(shí)便于攜帶。它還需要很少的組件來構(gòu)建，代碼也相對簡單。本項(xiàng)目中的程序使用 MPU6050 測量沿 3 軸（X、Y 和 Z）的加速度大小。然后它計(jì)算先前值和當(dāng)前值之間的加速度幅度之差。如果差值大于某個(gè)閾值（步行大于 6 和跑步大于 10），則相應(yīng)地增加步數(shù)。然后，所采取的總步數(shù)會(huì)顯示在 OLED 顯示屏上。

　　所需組件

　　要使用 Arduino構(gòu)建此 計(jì)步器， 您將需要以下組件。

　　Attiny85 IC

　　MPU6050

　　OLED顯示模塊

　　2× 按鈕

　　5× 10KΩ 電阻器 （SMD）

　　MPU6050 傳感器模塊 – 簡介

　　MPU6050 基于微機(jī)械系統(tǒng) （MEMS） 技術(shù)。該傳感器具有一個(gè) 3 軸加速度計(jì)、一個(gè) 3 軸陀螺儀和一個(gè)內(nèi)置溫度傳感器。它可用于測量加速度、速度、方向、位移等參數(shù)。

　　MPU6050模塊體積小，功耗低，重復(fù)次數(shù)高，抗沖擊能力強(qiáng)，用戶價(jià)位低。MPU6050 帶有 I2C 總線和輔助 I2C 總線接口，可以輕松干擾磁力計(jì)和微控制器等其他傳感器。

　　Attiny85計(jì)步器電路圖

　　MPU6050計(jì)步器原理圖如下：

　　上圖顯示了將 MPU6050 和 OLED 顯示器與 Attiny85 IC 連接的電路圖。MPU6050、OLED Display和Arduino之間的接口必須使用I2C協(xié)議實(shí)現(xiàn)。因此，ATtiny85 的 SCLPin （PB2） 分別連接到 MPU6050 和 OLED 顯示器的 SCLPin。同樣，ATtiny85 的 SDAPin （PB0） 連接到 MPU6050 和 OLED Display 的 SDAPin。兩個(gè)按鈕也連接到 ATtiny85 IC 的 PB3 和 PB4 引腳。這些按鈕可用于滾動(dòng)文本或更改顯示的文本。

　　注意： 按照我們之前的教程 使用 Digispark Bootloader 直接通過 USB 編程 ATtiny85 IC 通過 USB 和 Digispark Boot-loader 對 ATtiny85 IC 進(jìn)行編程。

　　為 Attiny85 計(jì)步器制作 PCB

　　原理圖已經(jīng)完成，我們可以繼續(xù)布局 PCB。您可以使用您選擇的任何 PCB 軟件來設(shè)計(jì) PCB。我們已經(jīng)使用 EasyEDA 為這個(gè)項(xiàng)目制造 PCB。

　　下面是計(jì)步器 PCB 頂層和底層的 3D 模型視圖：

　　組裝 ATtiny85 計(jì)步器 PCB

　　幾天后，我們收到了整齊包裝的 PCB，PCB 質(zhì)量一如既往地好。板子的頂層和底層如下圖所示：

　　在確保軌道和腳印是正確的之后。我繼續(xù)組裝PCB。完全焊接的板如下所示：

　　ATtiny85計(jì)步器代碼說明

　　文檔末尾給出了完整的 Arduino 計(jì)步器代碼。在這里，我們將解釋代碼的一些重要部分。

　　該代碼使用 TinyWireM.h&TinyOzOLED.h 庫。TinyWireM 庫可以從 Arduino IDE 中的庫管理器下載并從那里安裝。為此，打開 Arduino IDE 并轉(zhuǎn)到Sketch 《 Include Library 《 Manage Libraries。現(xiàn)在搜索 TinyWireM.h 并安裝 Adafruit 的 TinyWireM 庫。

　　雖然 可以從給定的鏈接下載TinyOzOLED.h庫。

　將庫安裝到 Arduino IDE 后，通過包含所需的庫文件來啟動(dòng)代碼。

?

#include "TinyWireM.h"
#include "TinyOzOLED.h"

?

包含庫后，定義變量以存儲加速度計(jì)讀數(shù)。

?

intaccelX，加速，加速Z；

?

在setup?()?循環(huán)中，初始化線庫并通過電源管理寄存器重置傳感器，同時(shí)初始化 OLED 顯示器的 I2C 通信。然后在下一行設(shè)置顯示方向并輸入加速度計(jì)和陀螺儀值的寄存器地址。

?

TinyWireM.begin();
ozOled.init();
OzOled.clearDisplay();
OzOled.setNormalDisplay();
OzOled.sendCommand(0xA1);       
OzOled.sendCommand(0xC8);
TinyWireM.beginTransmission(mpu);
TinyWireM.write(0x6B);
TinyWireM.write(0b00000000);
TinyWireM.write(0x1B);

?

在?getAccel()?函數(shù)中，首先讀取加速度計(jì)數(shù)據(jù)。每個(gè)軸的數(shù)據(jù)存儲在兩個(gè)字節(jié)（高位和低位）或寄存器中。為了全部讀取它們，從第一個(gè)寄存器開始，并使用?requestFrom()?函數(shù)，我們請求讀取 X、Y 和 Z 軸的所有 6 個(gè)寄存器。然后我們從每個(gè)寄存器中讀取數(shù)據(jù)，因?yàn)檩敵鍪嵌M(jìn)制補(bǔ)碼，所以適當(dāng)?shù)亟M合它們以獲得完整的加速度計(jì)值。

?

voidgetAccel() {
TinyWireM.beginTransmission(mpu);
TinyWireM.write(0x3B);
TinyWireM.endTransmission();
TinyWireM.requestFrom(mpu, 6);
accelX = TinyWireM.read() << 8|TinyWireM.read();
accelY = TinyWireM.read() << 8|TinyWireM.read();
accelZ = TinyWireM.read() << 8|TinyWireM.read();
}

?

現(xiàn)在在循環(huán)函數(shù)中，首先讀取 X、Y 和 Z 軸值，在獲得 3 軸值后，通過取 X、Y 和 Z 軸值的平方根來計(jì)算總加速度矢量。然后計(jì)算當(dāng)前向量與前一個(gè)向量的差值，如果差值大于 6，則增加步數(shù)。

?

獲取加速（）；
向量 = sqrt( (accelX * accelX) + (accelY * accelY) + (accelZ * accelZ) );
總向量 = 向量 - 向量前一個(gè)；
如果（總向量> 6）{
  步驟++；
}
OzOled.printString("步驟", 0, 4);
OzOled.printNumber(Steps, 0, 8, 4);
矢量上一個(gè) = 矢量;
延遲（600）；

?

　　讓我們帶著我們的 Arduino 計(jì)步器去散步吧

　　完成 PCB 組裝后，將 ATtiny85 連接到編程器板，然后上傳代碼?，F(xiàn)在拿起你手中的計(jì)步器，開始一步一步地走，它應(yīng)該會(huì)在 OLED 上顯示步數(shù)。有時(shí)，當(dāng)設(shè)置振動(dòng)非?？旎蚍浅Ｂ龝r(shí)，它會(huì)增加步數(shù)。

#include "TinyWireM.h"

#include "TinyOzOLED.h"

int accelX, accelY, accelZ;

字符 mpu = 0x68;

浮動(dòng)矢量previous;

浮動(dòng)向量；

浮動(dòng)總向量；

整數(shù)步數(shù) = 0；

void setup() {

TinyWireM.begin();

ozOled.init();

OzOled.clearDisplay();

OzOled.setNormalDisplay();

OzOled.sendCommand(0xA1); // 設(shè)置方向

OzOled.sendCommand(0xC8);

TinyWireM.beginTransmission(mpu);

TinyWireM.write(0x6B); // 電源設(shè)置地址

TinyWireM.write(0b00000000); // 禁用睡眠模式（以防萬一）

TinyWireM.endTransmission();

TinyWireM.beginTransmission(mpu);

TinyWireM.write(0x1B); // 陀螺儀配置寄存器

TinyWireM.write(0x00000000); // 每秒 250° 范圍（默認(rèn)）

TinyWireM.endTransmission();

TinyWireM.beginTransmission(mpu); //MPU的I2C地址

TinyWireM.write(0x1C); // 加速度計(jì)配置寄存器

TinyWireM.write(0b00000000); // 2g 范圍 +/- (默認(rèn))

TinyWireM.endTransmission();

}

無效循環(huán)（） {

getAccel（）;

向量 = sqrt( (accelX * accelX) + (accelY * accelY) + (accelZ * accelZ) );

//OzOled.printString("Vec:", 0, 2);

//OzOled.printNumber(vector, 0, 5, 2);

總向量 = 向量 - 向量前一個(gè)；

//OzOled.printString("Pre:", 0, 4);

//OzOled.printNumber(vectorprevious, 0, 5, 4);

//OzOled.printString("Diff:", 0, 6);

//OzOled.printNumber(totalvector, 0, 5, 6);

if (totalvector > 6){

Steps++;

}

//String Step_count = String(Steps);

//字符數(shù)據(jù)[2];

//Step_count.toCharArray(data, 2);

//OzOled.printBigNumber(data, 6, 2, 3);

OzOled.printString("步驟", 0, 4);

OzOled.printNumber(Steps, 0, 8, 4);

矢量上一個(gè) = 矢量;

延遲（600）；

//OzOled.clearDisplay();

}

void getAccel() {

TinyWireM.beginTransmission(mpu); //MPU的I2C地址

TinyWireM.write(0x3B); // 加速度數(shù)據(jù)寄存器

TinyWireM.endTransmission();

TinyWireM.requestFrom(mpu, 6); // 獲取 6 個(gè)字節(jié)，每個(gè)自由度 2 個(gè)

accelX = TinyWireM.read() << 8|TinyWireM.read();

accelY = TinyWireM.read() << 8|TinyWireM.read();

accelZ = TinyWireM.read() << 8|TinyWireM.read();

// OzOled.printNumber(accelX, 0, 0, 0);

// OzOled.printNumber(accelY, 0, 0, 2);

//OzOled.printNumber(accelZ, 0, 0, 4);

}