Hvilken retning peger M5StickC?

Kan vi bruge accelerometer og gyroskop til f.eks. at afgøre om skærmen vender på højkant (portræt) eller langs (landskab) og bruge det til at rotere skærmen? Eller kan vi bruge det til at se om skærmen vender nedad.

Bevægelsessensoren og dens accelerometer og gyroskop fortæller hvordan bevægelse og rotation ændrer sig. Hvor meget roterer den? Hvor hurtigt falder den mod jorden?

Hvis vi vil bevsare de andre spørgsmål, om hvordan M5StickC vender, skal vi omregne de rå accelerometer og gyroskop sensorværdier vinkler, der fortæller os noget om M5StickC’s vinkel ift. jordoverfladen.

Disse vinkler kaldes pitch, roll og yaw, og kan illustreres med en flyvemaskine:

Pitch, roll, yaw

Et flys placering i luften beskrives ved følgende tre vinkler:

• Pitch: Peger spidsen af flyet op eller ned?

• Roll: Hvor meget roterer flyet?

• Yaw: Kompasretning ift. jorden (M5StickC har dog ikke et kompas)

Hvordan beregner man pitch og roll på M5StickC?

På M5StickC kan vi ikke beregne yaw, da der ikke er et kompas, men pitch og roll kan beregnes ud fra de rå accelerometer og gyroskop værdier.

Når vores M5StickC står stille, ved vi for eksempel at accelerometeret kan fortælle os hvilken vej tyngdekraften trækker, og dermed hvilken vej M5StickC vender ift. jorden.

Når vi begynder at bevæge vores M5StickC, så kan vi dog ikke klare os med accelerometeret, da det ikke længere kun er tyngdekraften der påvirker accelerometeret. Derfor skal vi have gang i gyroskopet, som er mere præcist i de små bevægelser, når de to kombineres kan vi få et relativt præcist bud på vinklerne.

Rå accelerometer data --.
                         \
                          ---> sensor fusion  ---> attitude
                         /
Rå gyroskop data -------.

Omregningen sker via en sensor fusion algoritme. Der findes flere forskellige algoritmer, og vi kommer til at bruge en der kaldes et Mahony filter. For at det virker, skal algoritmen hele tiden opdateres med de nyeste værdier fra accelerometeret og gyroskopet.

Først overføres filen fusion.py fra internettet til din computer: https://raw.githubusercontent.com/DatalogiForAlle/M5Guide/master/lib/fusion.py

Dette kan gøres ved at klikke på linket og derefter trykke ctrl + s / command + s og så gemme fusion.py samme sted som du gemmer den kode du arbejder med. Alternativt kan du copy-paste alt koden ind i en ny fil i Mu-editoren og så gemme den under navnet fusion.py.

For at overføre fra computer til M5StickC, se Fra computer til M5stickC

Tjek at det virker ved at importere biblioteket:

import fusion

Nu kan vi konstruere et filter-objekt, der kan udføre omregningen:

filter = fusion.MahonyFilter()

Det fungerer ved at man jævnligt i sit program kalder:

filter.update(myIMU.acceleration, myIMU.gyro)

Kommandoen filter.update opdaterer filterets viden om hvilken vej M5StickC peger, og efter vi har kaldt den kan pitch og roll aflæses:

print(filter.pitch, filter.roll)

Samlet eksempel

Her er et større eksempel, hvor vi hele tiden holder filteret opdateret, og en gang i mellem viser vi vinklerne på skærmen (hver tyvende gang):

import imu
import time
import fusion
from m5stack import lcd

myIMU = imu.IMU()
filter = fusion.MahonyFilter()

count = 0
lcd.clear()

while True:
    filter.update(myIMU.acceleration, myIMU.gyro)

    if count == 20:
        lcd.print(filter.pitch, 20, 10)
        lcd.print(filter.roll, 20, 30)
        count = 0
    count += 1