Labirinto com Arduino e Acelerômetro MPU6050 8

Neste post iremos mostrar como construímos um jogo de labirinto com Arduino e Acelerômetro MPU6050 que se move nos eixos X e Y utilizando um joystick para controle. Ao todo utilizamos um Arduino, dois servos, acelerômetro MPU6050 e algumas peças impressas em 3D.

Labirinto com Arduino

Materiais utilizados no projeto Labirinto com Arduino

Peças de impressão 3D

Um ponto interessante sobre impressão 3D é que muitos projetos estão disponíveis gratuitamente na internet e podem ser customizados de acordo com necessidades diversas. A estrutura do labirinto já é de um projeto existente que pode ser encontrado aqui.

No projeto original, o autor utiliza um Arduino com módulo bluetooth e o controle do labirinto é feito utilizando o acelerômetro de um celular. O autor ainda escreveu um Instructables documentando todo o processo de construção e montagem do labirinto.

Material utilizado

A FilipeFlop fez uma modificação para que o labirinto fosse controlado através de um “joystick”. Desenhamos no Fusion 360 uma peça 3D adicional que se assemelha um joystick. O MPU6050 é então encaixado nessa peça para facilitar o manuseio. O Projeto do Joystick pode ser encontrado no Thingiverse da FILIPEFLOP.

Modelagem 3D no Fusion 360

Joystick

Caso você não tenha acesso a uma impressora 3D, existem serviços on-line de impressão 3D. Ou você também pode optar por usar outra forma de construção utilizando madeira por exemplo.

Circuito eletrônico

Os servos são conectados nas portas digitais do Arduino e o acelerômetro na porta I2C como indicado no esquema abaixo.

Circuito Labirinto com Arduino

Programação Arduino

A programação basicamente consiste em ler os dados de ângulo do acelerômetro e mapear esses dados para movimentar os dois servos do eixo X e Y.

#include <VarSpeedServo.h>
#include "I2Cdev.h"
#include "MPU6050_6Axis_MotionApps20.h"
//#include "MPU6050.h" 
#if I2CDEV_IMPLEMENTATION == I2CDEV_ARDUINO_WIRE
    #include "Wire.h"
#endif

MPU6050 mpu;

#define OUTPUT_READABLE_YAWPITCHROLL

#define INTERRUPT_PIN 2
#define LED_PIN 13 // (Arduino is 13, Teensy is 11, Teensy++ is 6)
bool blinkState = false;

// MPU control/status vars
bool dmpReady = false;  // set true if DMP init was successful
uint8_t mpuIntStatus;   // holds actual interrupt status byte from MPU
uint8_t devStatus;      // return status after each device operation (0 = success, !0 = error)
uint16_t packetSize;    // expected DMP packet size (default is 42 bytes)
uint16_t fifoCount;     // count of all bytes currently in FIFO
uint8_t fifoBuffer[64]; // FIFO storage buffer

// orientation/motion vars
Quaternion q;           // [w, x, y, z]         quaternion container
VectorInt16 aa;         // [x, y, z]            accel sensor measurements
VectorInt16 aaReal;     // [x, y, z]            gravity-free accel sensor measurements
VectorInt16 aaWorld;    // [x, y, z]            world-frame accel sensor measurements
VectorFloat gravity;    // [x, y, z]            gravity vector
float euler[3];         // [psi, theta, phi]    Euler angle container
float ypr[3];           // [yaw, pitch, roll]   yaw/pitch/roll container and gravity vector

VarSpeedServo servoX;
VarSpeedServo servoY;

int8_t adjustX = -7;
int8_t adjustY = -20;

int8_t angleX;
int8_t angleY;


// ================================================================
// ===               INTERRUPT DETECTION ROUTINE                ===
// ================================================================

volatile bool mpuInterrupt = false;     // indicates whether MPU interrupt pin has gone high
void dmpDataReady() {
    mpuInterrupt = true;
}


void setup() {
  servoX.attach(5);
  servoY.attach(6);

  // configure LED for output
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);    
  
  // join I2C bus (I2Cdev library doesn't do this automatically)
  #if I2CDEV_IMPLEMENTATION == I2CDEV_ARDUINO_WIRE
      Wire.begin();
      Wire.setClock(400000); // 400kHz I2C clock. Comment this line if having compilation difficulties
  #elif I2CDEV_IMPLEMENTATION == I2CDEV_BUILTIN_FASTWIRE
      Fastwire::setup(400, true);
  #endif

  // initialize serial communication
  // (115200 chosen because it is required for Teapot Demo output, but it's
  // really up to you depending on your project)
  Serial.begin(115200);
  while (!Serial); // wait for Leonardo enumeration, others continue immediately

  // initialize device
  Serial.println(F("Initializing I2C devices..."));
  mpu.initialize();
  pinMode(INTERRUPT_PIN, INPUT);

  // verify connection
  Serial.println(F("Testing device connections..."));
  Serial.println(mpu.testConnection() ? F("MPU6050 connection successful") : F("MPU6050 connection failed"));

  delay(1000);

//  // wait for ready
//  Serial.println(F("\nSend any character to begin DMP programming and demo: "));
//  while (Serial.available() && Serial.read()); // empty buffer
//  while (!Serial.available());                 // wait for data
//  while (Serial.available() && Serial.read()); // empty buffer again

  // load and configure the DMP
  Serial.println(F("Initializing DMP..."));
  devStatus = mpu.dmpInitialize();

  // supply your own gyro offsets here, scaled for min sensitivity
  mpu.setXGyroOffset(220);
  mpu.setYGyroOffset(76);
  mpu.setZGyroOffset(-85);
  mpu.setZAccelOffset(1788); // 1688 factory default for my test chip

  // make sure it worked (returns 0 if so)
  if (devStatus == 0) {
      // turn on the DMP, now that it's ready
      Serial.println(F("Enabling DMP..."));
      mpu.setDMPEnabled(true);

      // enable Arduino interrupt detection
      Serial.println(F("Enabling interrupt detection (Arduino external interrupt 0)..."));
      attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(INTERRUPT_PIN), dmpDataReady, RISING);
      mpuIntStatus = mpu.getIntStatus();

      // set our DMP Ready flag so the main loop() function knows it's okay to use it
      Serial.println(F("DMP ready! Waiting for first interrupt..."));
      dmpReady = true;

      // get expected DMP packet size for later comparison
      packetSize = mpu.dmpGetFIFOPacketSize();
  } else {
      // ERROR!
      // 1 = initial memory load failed
      // 2 = DMP configuration updates failed
      // (if it's going to break, usually the code will be 1)
      Serial.print(F("DMP Initialization failed (code "));
      Serial.print(devStatus);
      Serial.println(F(")"));
  }
}

void loop() {


  // if programming failed, don't try to do anything
  if (!dmpReady) return;

  // wait for MPU interrupt or extra packet(s) available
  while (!mpuInterrupt && fifoCount < packetSize) {
      // other program behavior stuff here
      // .
      // .
      // .
      // if you are really paranoid you can frequently test in between other
      // stuff to see if mpuInterrupt is true, and if so, "break;" from the
      // while() loop to immediately process the MPU data
      // .
      // .
      // .
  }

  // reset interrupt flag and get INT_STATUS byte
  mpuInterrupt = false;
  mpuIntStatus = mpu.getIntStatus();

  // get current FIFO count
  fifoCount = mpu.getFIFOCount();

  // check for overflow (this should never happen unless our code is too inefficient)
  if ((mpuIntStatus & 0x10) || fifoCount == 1024) {
      // reset so we can continue cleanly
      mpu.resetFIFO();
      Serial.println(F("FIFO overflow!"));

  // otherwise, check for DMP data ready interrupt (this should happen frequently)
  } else if (mpuIntStatus & 0x02) {
      // wait for correct available data length, should be a VERY short wait
      while (fifoCount < packetSize) fifoCount = mpu.getFIFOCount();

      // read a packet from FIFO
      mpu.getFIFOBytes(fifoBuffer, packetSize);
      
      // track FIFO count here in case there is > 1 packet available
      // (this lets us immediately read more without waiting for an interrupt)
      fifoCount -= packetSize;

      #ifdef OUTPUT_READABLE_YAWPITCHROLL
        // display Euler angles in degrees
        mpu.dmpGetQuaternion(&q, fifoBuffer);
        mpu.dmpGetGravity(&gravity, &q);
        mpu.dmpGetYawPitchRoll(ypr, &q, &gravity);
        Serial.print("ypr\t");
        Serial.print(ypr[0] * 180/M_PI);
        Serial.print("\t");
        Serial.print(ypr[1] * 180/M_PI);
        Serial.print("\t");
        Serial.println(ypr[2] * 180/M_PI);

        angleX = map((ypr[1] * 180/M_PI), -70, 70, 80, 120);
        servoX.write(angleX+adjustX, 50, false);
        
        angleY = map((ypr[2] * 180/M_PI), -70, 70, 120, 80);
        servoY.write(angleY+adjustY, 50, false);   
 
      #endif
      
    // blink LED to indicate activity
    blinkState = !blinkState;
    digitalWrite(LED_PIN, blinkState);
  }
}

Labirinto em funcionamento

Para movimentar o labirinto basta mexer com o joystick. Utilizamos uma esfera de alumínio para movimentar. Veja abaixo o projeto em funcionamento.

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8 Comentários

  1. Seria interessante implementar um código para o micro fazer o labirinto sozinho, independente do local em que você coloque a bolinha. 🙂

  2.  

    Arduino: 1.8.5 (Windows 7), Placa:”Arduino/Genuino Uno”

    Opções de compilação alteradas, recompilando tudo
    C:\Users\Micro01\Desktop\readme.txt\readme.txt.ino:2:20: fatal error: I2Cdev.h: No such file or directory

    #include “I2Cdev.h”

    ^

    compilation terminated.

    exit status 1
    Erro compilando para a placa Arduino/Genuino Uno

    Este relatório teria mais informações com
    “Mostrar a saida detalhada durante a compilação”
    opção pode ser ativada em “Arquivo -> Preferências”

    Olá, estou com este seguinte erro e não consigo solucionar, por favor poderia me ajudar?

      1. Obrigado.

  3. Boa noite, Giovanni! Tudo bom? Você sabe onde que eu posso comprar ou você vende está peça amarela, a base do Labirinto.

    Matheus Henrique Pretti Moreira Quintanilha
    1. Olá Matheus!

      A peça amarela foi impressa em 3D. Pronta, acho que você não vai encontrar. Você pode baixar todos os arquivos no thingiverse: https://www.thingiverse.com/thing:1451703

      Existem serviços de impressão 3D na internet, onde você pode encomendar peças.
      http://www.p1prototipos.com.br/
      http://www.impressao3dfacil.com.br/
      http://www.3dmachine.com.br/

      Abraço!

      1. Obrigado Giovanni, outra pergunta mesmo depois que eu baixei a biblioteca está aparecendo o seguinte erro, fiz o seguinte caminho sketch – incluir biblioteca e adicionar biblioteca.zip

        Arduino: 1.8.7 (Windows Store 1.8.15.0) (Windows 10), Placa:”Arduino/Genuino Uno”

        i2cdevlib-master.zip:1:27: error: VarSpeedServo.h: No such file or directory

        compilation terminated.

        exit status 1
        VarSpeedServo.h: No such file or directory

        A pasta/arquivo zip especificado não contém uma biblioteca válida

        Este relatório teria mais informações com
        “Mostrar a saida detalhada durante a compilação”
        opção pode ser ativada em “Arquivo -> Preferências”

        Matheus Henrique Pretti Moreira Quintanilha
        1. São duas bibliotecas a serem instaladas. i2cdevlib e varspeedservo.

          “VarSpeedServo.h: No such file or directory” significa que o arquivo da biblioteca não foi encontrado.

          https://github.com/jrowberg/i2cdevlib
          https://github.com/netlabtoolkit/VarSpeedServo

          Veja como instalar bibliotecas corretamnete:
          https://www.robocore.net/tutoriais/adicionando-bibliotecas-na-ide-arduino.html
          http://labdegaragem.com/profiles/blogs/tutorial-arduino-instalando-bibliotecas

          Abraço!