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實驗–使用 MPU6050 與 arduino nano 製作球型感測器
這實驗來自於 成大資訊 訊號與系統 ，由 蘇文鈺 老師發想
並且由修課學生 李東霖,張文瑋,江家銘,趙韓信 共同製作
目的
期望可以測量 球的速度、轉速與角度
器材
- Arduino Nano
- GY-521 (MPU6050) 六軸感測器(三軸加速度 + 三軸角速度)
- HC05 藍芽模組 (可替換成 HC06)
- 麵包版
- 9V 電池
- 9V 電池座
- 9V 轉 5V 穩壓晶片
- 透明球殼 (可參考這裡)
使用軟體
實驗過程
硬體接線圖
如何重現實驗
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先將 ardunio code 燒進 Arduino Nano
記得在 ardunio IDE 上選擇燒錄對象是 Nano
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將藍芽模組使用 AC指令 進行設定，將 baud rate 設定成 115200
如果想要更改名稱或配對密碼都可以，要確保之後電腦能夠正確連上藍芽模組並工作
這部份如果遇到困難，可以先用 USB 進行 serial 傳輸
另外不附上操作教學，是因為各個相同型號模組在操作上有所不同，請上網搜尋或詢問賣方
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將硬體進行接線，因為怕圖不夠清楚，用文字加以敘述
| Nano TX1 | 藍芽模組 RX |
| Nano RX0 | 藍芽模組 TX |
| Nano 5V | 藍芽模組 Vcc |
| Nano A4 | GY521 SDA |
| Nano A5 | GY521 SCL |
| Nano pin 2 | GY521 INT |
| Nano Vin | GY521 VCC + 穩壓晶片 Vout |
| Nano Gnd | GY521 Gnd + 藍芽模組 Gnd + 穩壓晶片 Gnd |
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最後在電腦上連接藍芽並檢查是否有 serial 的傳輸訊號
可以使用 ardunio 本身附帶的序列埠監控畫面，先選取正確的序列埠
使用裝置管理員看藍芽連上後是哪一個 COM -
執行 Process 程式，運用方向左右鍵選取顯示模式
顯示模式有A. 加速度&速度
B. 角度
C. 角速度&轉速
可點擊滑鼠左鍵，重置數值
如果執行 Process 出現問題，請檢查程式是否有連接到正確的 COM
或是那個 COM 正在被使用的話，執行也會出現問題
實驗數據與結果
- 角速度測量:
測量方式：
將事先量好為0.5公尺的繩子綁在球體頂端，並利用圓周運動原理可以輕易算出球到達底端理論值的角速度，再與實際測量數據做比較。
利用簡易物理公式可以推得理論角速度：
將1式代入2式可以求得角速度為：
因此以半徑0.5m之繩子綁著球做此運動可以算出理論底端之角速度為 6.26 rad/s = 358.729 o/s。
＊利用角速度也可推得球體的切線速度：
理論速度為：3.1305 m/s
十次實驗得到數據：
| 次數 | 得到數據(o/s) | 次數 | 得到數據 | 推算速度(m/s) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 374.44 | 6 | 337.04 | 2.9412 |
| 2 | 353.77 | 7 | 404.42 | 3.5292 |
| 3 | 407.38 | 8 | 415.21 | 3.6233 |
| 4 | 438.50 | 9 | 473.32 | 4.1304 |
| 5 | 421.16 | 10 | 391.12 | 3.4131 |
| 平均 | 401.639 | 誤差 | 42.91 |
誤差推測：藍芽傳輸速率為0.1秒傳送一筆資料，推測在實驗過程可能會每次記錄到的位置差異有點大，因此我們試著多做幾次實驗來減少誤差。
- 速度測量：
由於上次的實驗並未利用藍芽模組將數據傳出，因此這次我們補充上一次的實驗。
測量方式：
繼續沿用上個實驗0.5公尺的繩子，將球自由落體0.5公尺，可以算出理論值速度，再與得到的數據做比較。
理論速度為：3.1305 m/s
十次實驗得到數據：
| 次數 | 得到數據(m/s) | 次數 | 得到數據(m/s) |
|---|---|---|---|
| 1 | 1.082 | 6 | 1.180 |
| 2 | 0.999 | 7 | 1.100 |
| 3 | 1.094 | 8 | 1.160 |
| 4 | 1.060 | 9 | 1.082 |
| 5 | 1.188 | 10 | 1.041 |
| 平均 | 1.0986 | 誤差 | -2.0319 |
誤差推測：由於得到的結果與理論值誤差過大，因此我們推斷是因為藍芽傳送速率的關係，由於每0.1秒傳送一筆資料，若用加速度積分取速度會少計算到許多資料。
