ESP32与MPU6050加速度传感器详细教学及项目例程
引言
在本教程中，我们将学习如何使用ESP32微控制器与MPU6050加速度传感器进行通信。MPU6050是一款集成了3轴陀螺仪和3轴加速度计的传感器，广泛应用于姿态检测、运动分析等领域。我们将通过I2C协议与MPU6050通信，并读取其加速度数据。此外，我们还将实现一个简单的姿态检测项目，通过读取MPU6050的加速度和陀螺仪数据，计算出设备的倾斜角度，并用于控制其他设备（如LED或舵机）。
所需材料
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ESP32开发板
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MPU6050传感器模块
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杜邦线若干
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面包板（可选）
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LED（用于项目例程）
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220Ω电阻（用于项目例程）
硬件连接
首先，我们需要将MPU6050与ESP32连接起来。MPU6050通常有以下几个引脚：
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VCC：电源正极（3.3V）
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GND：电源负极
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SCL：I2C时钟线
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SDA：I2C数据线
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INT：中断引脚（本教程中不使用）
将MPU6050与ESP32按照以下方式连接：
| MPU6050 | ESP32 |
|---|---|
| VCC | 3.3V |
| GND | GND |
| SCL | GPIO22 |
| SDA | GPIO21 |
对于项目例程，我们还需要连接一个LED：
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LED正极连接到ESP32的
GPIO2。 -
LED负极通过一个220Ω电阻连接到GND。
软件设置
1. 安装Arduino IDE
如果你还没有安装Arduino IDE，请先下载并安装。你可以从Arduino官网下载适合你操作系统的版本。
2. 安装ESP32开发板支持
打开Arduino IDE，依次点击 文件 -> 首选项，在 附加开发板管理器网址 中输入以下URL：
复制
https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json
然后点击 工具 -> 开发板 -> 开发板管理器，搜索 esp32 并安装。
3. 安装MPU6050库
在Arduino IDE中，点击 工具 -> 管理库，搜索 MPU6050 并安装 MPU6050 by Electronic Cats 库。
基础代码：读取加速度数据
接下来，我们将编写代码来读取MPU6050的加速度数据。
#include <Wire.h> // 引入Wire库，用于I2C通信
#include <MPU6050.h> // 引入MPU6050库MPU6050 mpu; // 创建一个MPU6050对象void setup() {Serial.begin(115200); // 初始化串口通信，波特率为115200Wire.begin(); // 初始化I2C通信mpu.initialize(); // 初始化MPU6050// 检查MPU6050是否连接成功if (!mpu.testConnection()) {Serial.println("MPU6050 connection failed");while (1); // 如果连接失败，程序停止}Serial.println("MPU6050 connection successful");
}void loop() {// 读取加速度数据int16_t ax, ay, az;mpu.getAcceleration(&ax, &ay, &az);// 打印加速度数据Serial.print("Acceleration X: ");Serial.print(ax);Serial.print(" Y: ");Serial.print(ay);Serial.print(" Z: ");Serial.println(az);delay(500); // 延迟500毫秒
}
代码解释
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引入库：
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#include <Wire.h>：引入Wire库，用于I2C通信。 -
#include <MPU6050.h>：引入MPU6050库，用于与MPU6050传感器通信。
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创建MPU6050对象：
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MPU6050 mpu;：创建一个MPU6050对象，命名为mpu。
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初始化设置：
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Serial.begin(115200);：初始化串口通信，波特率设置为115200。 -
Wire.begin();：初始化I2C通信。 -
mpu.initialize();：初始化MPU6050传感器。
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检查MPU6050连接：
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if (!mpu.testConnection())：检查MPU6050是否连接成功。如果连接失败，打印错误信息并停止程序。
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读取加速度数据：
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mpu.getAcceleration(&ax, &ay, &az);：读取MPU6050的加速度数据，并存储在变量ax、ay、az中。
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打印加速度数据：
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Serial.print("Acceleration X: ");：打印X轴加速度数据。 -
Serial.print(ax);：打印X轴加速度值。 -
同理，打印Y轴和Z轴加速度数据。
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延迟：
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delay(500);：延迟500毫秒，以便于观察数据。
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项目代码例程：基于MPU6050的姿态检测
在本节中，我们将扩展前面的基础代码，实现一个简单的姿态检测项目。通过读取MPU6050的加速度和陀螺仪数据，我们可以计算出设备的倾斜角度，并用于控制其他设备（如LED或舵机）。
项目功能
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读取MPU6050的加速度和陀螺仪数据。
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计算设备的俯仰角（Pitch）和横滚角（Roll）。
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根据角度控制LED的亮灭（例如，当设备倾斜超过一定角度时，点亮LED）。
代码实现
#include <Wire.h> // 引入Wire库，用于I2C通信
#include <MPU6050.h> // 引入MPU6050库MPU6050 mpu; // 创建一个MPU6050对象const int ledPin = 2; // 定义LED引脚为GPIO2
const float angleThreshold = 30.0; // 定义角度阈值，超过此值点亮LEDvoid setup() {Serial.begin(115200); // 初始化串口通信，波特率为115200Wire.begin(); // 初始化I2C通信mpu.initialize(); // 初始化MPU6050pinMode(ledPin, OUTPUT); // 设置LED引脚为输出模式// 检查MPU6050是否连接成功if (!mpu.testConnection()) {Serial.println("MPU6050 connection failed");while (1); // 如果连接失败，程序停止}Serial.println("MPU6050 connection successful");
}void loop() {// 读取加速度和陀螺仪数据int16_t ax, ay, az;int16_t gx, gy, gz;mpu.getMotion6(&ax, &ay, &az, &gx, &gy, &gz);// 计算俯仰角（Pitch）和横滚角（Roll）float pitch = atan2(ay, az) * 180 / PI; // 俯仰角计算float roll = atan2(ax, az) * 180 / PI; // 横滚角计算// 打印角度数据Serial.print("Pitch: ");Serial.print(pitch);Serial.print(" Roll: ");Serial.println(roll);// 根据角度控制LEDif (abs(pitch) > angleThreshold || abs(roll) > angleThreshold) {digitalWrite(ledPin, HIGH); // 如果角度超过阈值，点亮LED} else {digitalWrite(ledPin, LOW); // 否则熄灭LED}delay(100); // 延迟100毫秒
}
代码解释
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引入库和定义常量：
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#include <Wire.h>和#include <MPU6050.h>：引入I2C和MPU6050库。 -
const int ledPin = 2;：定义LED连接的引脚为GPIO2。 -
const float angleThreshold = 30.0;：定义角度阈值为30度。
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初始化设置：
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Serial.begin(115200);：初始化串口通信。 -
Wire.begin();：初始化I2C通信。 -
mpu.initialize();：初始化MPU6050传感器。 -
pinMode(ledPin, OUTPUT);：设置LED引脚为输出模式。
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读取传感器数据：
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mpu.getMotion6(&ax, &ay, &az, &gx, &gy, &gz);：读取MPU6050的加速度（ax, ay, az）和陀螺仪（gx, gy, gz）数据。
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计算角度：
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float pitch = atan2(ay, az) * 180 / PI;：计算俯仰角（Pitch）。 -
float roll = atan2(ax, az) * 180 / PI;：计算横滚角（Roll）。
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控制LED：
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如果俯仰角或横滚角的绝对值超过阈值（30度），点亮LED；否则熄灭LED。
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延迟：
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delay(100);：延迟100毫秒，以便于观察数据和控制效果。
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上传代码
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将ESP32通过USB线连接到电脑。
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在Arduino IDE中，选择正确的开发板和端口：
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工具->开发板->ESP32 Dev Module -
工具->端口-> 选择对应的端口
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点击
上传按钮，将代码上传到ESP32。
查看结果
打开Arduino IDE的串口监视器（工具 -> 串口监视器），设置波特率为115200。你将看到类似以下的输出：
MPU6050 connection successful Pitch: 15.23 Roll: -10.45 Pitch: 16.12 Roll: -9.87 ...
这些数据表示MPU6050传感器在俯仰角和横滚角上的值。当设备倾斜超过30度时，LED会点亮；当设备恢复水平时，LED会熄灭。
