Inertial Measurement Unit - GY-80 Module for Arduino: Part 2 L3G4200D

วันนี้มาคุยกันถึง Chip อีกตัวคือ Gyroscope (L3G4200D ) ที่อยู่บน Module GํY-80 กันครับ

และเช่นเดิมครับ เราจะใช้ I2C เพื่อการติดต่อกับ Chip ตัวนี้ซึ่งบนบัสเดียวกันนี้ยังมีอุปกรณ์อื่นๆ ได้แก่ Accelerometer, Gyroscope, Barometer และ Magnetometer อยู่ด้วย

  เริ่มกันก่อนที่ Gyroscope คืออะไร มันเป็นอุปกรณ์ทำหน้าที่วัด "ความเร็วเชิงมุม" (Angular velocity) ครับ ซึ่งให้ผลการวัดออกมาเป็น องศา/วินาที  หรือ สามารถแปลงให้เป็น เรเดียน/วินาที ก็ได้  ทั้งหมดนี้ก็เพื่อใช้วัดความเร็วในการหมุนครับ

    ทีนี้จะเอาความเร็วในการหมุนมาทำอะไรดีล่ะ  ก็ง่ายๆครับ หากเราเอาค่าที่วัดได้มาอินทีเกรตเทียบกับเวลา เราก็จะได้มุมเทียบกับจุดอ้างอิงนั้นเองครับ  แต่อันนี้มันในทางทฤษฎีนะครับ  ในทางปฎิบัตินั้นปัญหาจะเกิดขึ้นจากค่าที่วัดได้จะมีสารพัด noise และ drift ครับ ว่าง่ายๆ ก็คือ ถึงแม้เราจะจับให้ Sensor อยู่เฉยๆ มันก็จะให้ค่าที่ไม่เป็นศูนย์ออกมา  มีทั้งสัญญาณรบกวน และค่าคงที่แถมมาให้ด้วย  แน่นอนครับ ของราคาแพงปัญหานี้ก็จะน้อยหน่อย ให้ค่าที่แม่นยำมากหน่อย  ใช้กับการนำร่องของเครื่องบิน ดาวเทียม    ของที่ราคาประหยัด อย่าง L3G4200D ที่ใช้ในโทรศัพท์มือถือ ก็มีความแม่นน้อย สัญญาณรบกวนมากหน่อย   เราก็ต้องใช้วิธีทางคณิตศาสตร์และการเขียนโปรแกรมเพื่อจัดการเอาสิ่งที่เราไม่ต้องการออกครับ เช่น การใช้ Low pass filter หรือ การใช้ข้อมูลร่วมกับ Sensor อื่นๆ เพื่อวิเคราะห์สิ่งที่ต้องการ  อันนี้ก็จะนำไปสู่การใช้ Kalman filter หรือ Complemetary filter นะครับ โอกาสหน้าจะเขียนให้อ่าน

   มาลองดูรายละเอียดของ L3G4200D  กันซะหน่อยครับ  ตัวนี้เป็น Gyroscope ราคาถูกที่นิยมใช้กันในอุปกรณ์ประเภทพกพา เช่น โทรศัพท์ เครื่องบินบังคับวิทยุ ประมาณนี้ครับ  ซึ่งจะให้ค่าความเร็วเชิงมุมออกมาทั้ง 3 แกน  (Roll, Pitch, Yaw) หรือ แกน x, y, z  

  การสื่อสารกับ L3G4200D  ก็ทำได้ทั้้ง SPI และ I2C ครับ แต่บังเอิญเราติดตั้งร่วมกันหลาย Chip จึงต้องเลือกใช้ protocol ที่มีใช้งานในทุก Chip ซึ่งคือ I2C นะครับ  การต่อก็ตามภาพด้านล่างครับ

*** หมายเหตุ I2C ก็คือ การสื่อสารแบบใช้สาย 2 เส้น SDA และ SCL  ดังนั้น บางทีจึงเรียกว่า Two Wire Interface (TWI) นะครับ ***

สำหรับ Arduino UNO  (ส่วนถ้าเป็นบอร์ดอื่นๆ ก็ลองเปิดเว็บ http://arduino.cc/en/Main/Products) แล้วลองดูขาของ TWI ดูนะครับ

A4 -> SDA

A5 -> SCL

VCC -> 5V

GND - > GND

 ทีนี้ การต่อแบบ I2C เราก็ต้องรู้ Address ของ Chip ที่จะสั่งให้ทำงานให้กันหน่อย  L3G4200D  จะมี Address ที่สำคัญเยอะพอสมควร  ในกรณีที่ต้องการปรับแต่งค่ามากกว่าที่ใช้กันทั่วไป คงต้องเข้าไปหาในคู่มือ นะครับ    

   ขอยกตัวอย่างวิธีการอ่านค่าจาก register หน่อยนะครับ  ถ้าเข้าไปลองเปิดคู่มือดูในหน้า 6  Output Register Mapping จะเห็นว่า .....

   ในการอ่านค่าความเร็วเชิงมุมในทั้ง 3 แกนนั้น L3G4200D จะบอกค่าออกมาทาง register นะครับ ซึ่งค่าที่ให้จะมีความละเอียด 16 บิต  โดยแต่ละแกนจะให้ออกมาทาง register 2 ตัว เช่น 

OUT_X_L  มี Address ที่ 0x28 หรือ 0010 1000

OUT_X_H มี Address ที่ 0x28 หรือ 0010 1001

เอาค่าที่ได้จากสอง register มาต่อกัน (Concatenate) ก็จะได้ค่า 16 บิตของความเร็วเชิงมุมแกน X

  ทำแบบนี้เช่นเดียวกันสำหรับการอ่านค่าของแกนอื่นๆ นะครับ  นอกจากนี้เรายังสามารถปรับค่ารายละเอียดการทำงานต่างๆ ของ L3G4200D ได้ เช่น การปรับความละเอียดในการอ่านค่า  สั่งให้ทำงาน หรือ สั่งให้อยู่ใน sleep mode เป็นต้น

  ในส่วนของการเข้าไปลุยกับ register นี้ ผู้ใช้ทั่วไปไม่ต้องกังวลนะครับ ให้ใช้ library กับ ตัวอย่างที่ให้ไว้ แล้วไปดัดแปลงเอาก็ได้ครับ อาจจะไม่ต้องเข้าไปยุ่งกับ register เอง เพื่อลดความซับซ้อนก็ได้  ปล่อยมันไว้อย่างนั้นเลยครับ

โอเคครับ มาถึง code กันเลย

ออกมากก็จะได้ค่าแสดงบน serial monitor ครับ  ลองหมุนๆ ขยับๆ ดูนะครับ ว่าเห็นตัวเลขเปลี่ยนสอดคล้องกันลักษณะการหมุนรึเปล่า

  ถ้าผมลองเอาค่าที่ได้จาก Serial monitor ไปลอง plot กราฟดูใน Matlab ก็ได้จะได้ค่าตามรูปนี้นะครับ

     อย่างที่เขียนไว้ข้างบนครับ ภาพนี้ทดสอบโดยการวาง Gyroscope L3G4200D ของเราไว้เฉยๆ บนโต๊ะนะครับ  ไม่ได้ขยับไปไหนเลย  ดังนั้นก็จะเห็นได้ชัดเจนว่าอยู่ดีๆ ก็มีค่ามาให้ด้วย แทนที่ควรจะเป็นศูนย์  แถมด้วย noise อีกเยอะพอสมควร  ดังนั้นถ้าจะเอาค่าที่ได้ไปอินทีเกรตเพื่อหามุมละก็... คงเพี้ยนไปมากๆ  ใช้งานไม่ได้แน่ๆ 

      แล้วจะทำอย่างไร   ....  โปรดติดตามตอนต่อไปครับ

 อ่านบทความตอนแรก

https://www.arduitronics.com/article/inertial-measurement-unit-gy-80-module-for-arduino-part-1-adxl345

ลิงค์ที่น่าสนใจ

http://bildr.org/2011/06/l3g4200d-arduino/

http://en.wikipedia.org/wiki/Low-pass_filter

https://www.arduitronics.com/product/96/gy-80-imu-10dof-l3g4200d-adxl345-hmc5883l-bmp085

เราให้คำปรึกษาหลังการขายกับลูกค้าด้วยนะครับ

ติดต่อผ่าน facebook โทรศัพท์ หรือ line ได้ครับ  

 ไม่ได้คิดแต่จะขายของถูกๆ อย่างเดียวครับ  

โดย  Mountain A

www.arduitronics.com

www.facebook.com/arduitronics