Uso de Giroscopios en Arduino

octubre 1, 2024

Introducción

Imagina que estás tomando una curva cerrada con tu coche en una carretera de montaña. Las ruedas gritan por la tracción, el volante tiembla bajo tus manos y sientes esa fuerza que te empuja hacia un lado, pegándote contra el asiento.

¿Qué estás experimentando? Fuerzas G.

Es increíble cómo una simple curva puede hacer que tu cuerpo sienta esa fuerza, pero ¿sabías que puedes medir y cuantificar esas mismas fuerzas que tu coche sufre en tiempo real?

Aquí es donde entra en juego un pequeño pero potente dispositivo que podemos utilizar: el giroscopio. Este sensor es clave para medir movimientos y rotaciones, permitiéndote conocer los ángulos exactos a los que tu coche (o cualquier otro objeto) se inclina, y detectar hasta el más mínimo giro.

Es integrable en cualquier solución, aunque a mí siempre me gusta aplicar estos conceptos a la automoción, ya que es donde le veo más valor.

Gracias al giroscopio (y acelerómetro) puedo cuantificar las fuerzas que está ejerciendo mi coche y hasta utilizar una alarma para saber cuando estoy ejerciendo demasiada fuerza en relación al coeficiente de Mu.

Hoy vamos a hablar de cómo puedes usar un giroscopio con Arduino para medir estos movimientos. Si alguna vez has querido monitorear lo que pasa en tiempo real mientras conduces, o simplemente saber cómo funciona este tipo de tecnología, te llevaré por un camino sin complicaciones para que aprendas cómo hacerlo con el famoso MPU-6050, un giroscopio y acelerómetro en uno.

¡Prepárate para descubrir cómo puedes usarlo en tus proyectos y empezar a medir cada curva, giro y movimiento con precisión!

¿Qué es un Giroscopio y para qué se puede usar con Arduino?

Vamos a ponerlo fácil: un giroscopio es básicamente un sensor que detecta cómo algo se está moviendo o girando. Imagínate que estás dando una vuelta rápida en un coche.

A medida que tomas la curva, te das cuenta de que el coche se inclina ligeramente, como si intentara mantener el equilibrio. Pues eso es justo lo que hace un giroscopio, pero con precisión milimétrica.

Ahora bien, ¿por qué te interesa este pequeño aparato si estás metido en proyectos con Arduino? Porque el giroscopio no solo te dice en qué dirección se está moviendo algo, también te informa sobre la velocidad de rotación.

En otras palabras, es el sensor perfecto cuando quieres que tu proyecto sepa cómo está orientado en el espacio. Piensa en drones que necesitan mantener la estabilidad mientras vuelan, o robots que parecen caminar sin caerse. El giroscopio es la clave.

Pero no te confundas. No estamos hablando de sensores complicados o fuera de tu alcance.

Estamos hablando de algo que puedes montar con tus propias manos y ver cómo tu código y ese pequeño chip, como el MPU-6050, trabajan juntos para medir cada giro, cada inclinación y, sí, incluso esas temidas fuerzas G que experimentas cuando estás tomando una curva a toda velocidad con tu coche. Y lo mejor de todo: Arduino lo entiende sin problemas.

Y aquí es donde todo se pone interesante: el giroscopio no viene solo. Viene en un paquete con su mejor amigo, el acelerómetro. ¿Qué significa eso? Que no solo sabrás cómo se mueve tu proyecto, sino también a qué velocidad está acelerando o desacelerando. Y si lo unes a un poco de imaginación (y código, claro), puedes hacer que tu robot, dron o lo que sea, no solo sepa en qué posición está, sino que reaccione a esa información. Más rápido, más preciso.

Así que sí, un giroscopio puede ser esa pieza que le falta a tu proyecto. Desde estabilizadores para cámaras hasta sensores que detectan si te caes o si tu coche está derrapando. Con Arduino y un MPU-6050, puedes capturar esos datos, procesarlos y hacer que tu proyecto se comporte de una forma que parece magia, pero que en realidad es pura física y código trabajando en equipo.

Sensor MPU-6050: Giroscopio y acelerómetro en uno

Si hablamos de sensores, el MPU-6050 es como un dos por uno en el mundo de Arduino. No solo te llevas un giroscopio, sino también un acelerómetro. ¿Qué significa esto? Que puedes medir tanto la rotación como la aceleración de un objeto. Es decir, si tu robot está girando sobre sí mismo o si tu dron está acelerando hacia arriba, este sensor lo detecta todo.

El MPU-6050 tiene algo especial: es pequeño, económico y lo encuentras en todos lados. Además, con Arduino, lo conectas en un abrir y cerrar de ojos. Este sensor es el elegido por muchos para proyectos donde necesitas saber cómo se mueve algo, ya sea en el aire, en el suelo o incluso en tu mano.

Lo interesante de este sensor es su precisión. Cuando lo usas con Arduino, obtienes lecturas detalladas de cada movimiento, cada giro y cada cambio de dirección. Imagínate desarrollando un sistema que controle la inclinación de un robot o monitoree la estabilidad de una cámara en movimiento. Todo esto es posible con el MPU-6050.

Y no te preocupes si piensas que esto es complicado. Con la librería adecuada (más adelante te enseñaré a instalarla), obtienes las lecturas del sensor sin romperte la cabeza con matemáticas complicadas. ¿Lo mejor? Puedes procesar esos datos en tiempo real y hacer que tu proyecto reaccione a los cambios de inclinación o velocidad de forma inmediata.

Así que si estás pensando en crear algo que requiera detectar movimientos o medir ángulos de inclinación, el MPU-6050 es el sensor perfecto. Te permitirá hacer cosas que parecen de ciencia ficción, pero que con Arduino y un poco de código se convierten en realidad. Estás a un paso de llevar tu proyecto al siguiente nivel.

Cómo conectar el MPU-6050 a Arduino e instalar su librería

El MPU-6050 es uno de esos sensores que no te complica la vida. Conectar este giroscopio y acelerómetro a tu placa Arduino es algo que puedes hacer en unos minutos, sin dolores de cabeza. Vamos a ver cómo hacerlo paso a paso, y luego te explicaré cómo instalar la librería necesaria para que el código funcione sin problemas.

Lo primero es la conexión. Este sensor utiliza comunicación I2C, lo que significa que solo necesitas unos pocos pines para que funcione. Aquí te dejo la configuración básica:

• VCC: Conéctalo al pin de 5V en tu placa Arduino. Esto alimenta el sensor.
• GND: A GND en Arduino, como siempre, para cerrar el circuito.
• SDA: Va al pin A4 en la mayoría de las placas Arduino. Este es el pin de datos.
• SCL: Va al pin A5. Es el pin del reloj que sincroniza la comunicación.
• ADO: Opcional, pero si lo conectas a GND, cambiarás la dirección I2C a 0x68, lo cual es útil si tienes más de un dispositivo en el bus I2C.

Y listo. Con esos cinco pines, ya tienes el MPU-6050 conectado. Los otros pines del sensor están ahí para funciones más avanzadas, pero por ahora no los necesitas para hacer que esto funcione.

Ahora que ya está conectado, vamos a instalar la librería que hace todo más sencillo. La que vamos a usar es la MPU6050_tockn.h, que te ahorra mucho trabajo cuando se trata de leer datos del sensor. Sigue estos pasos rápidos para instalarla:

1. Abre el IDE de Arduino.
2. Ve a Sketch > Incluir librería > Administrar bibliotecas.
3. Escribe en la barra de búsqueda: MPU6050_tockn.
4. Haz clic en Instalar.

Con eso, ya tienes todo lo necesario. La librería se encargará de la comunicación con el sensor, de leer los valores de aceleración y giroscopio y de convertir esos datos en algo que puedas usar directamente en tu código.

¿Ves? Todo está preparado para que empieces a jugar con tu MPU-6050 en tus proyectos de Arduino. Con el sensor bien conectado y la librería instalada, ya estás listo para empezar a capturar datos de movimiento y rotación. En las siguientes secciones te muestro cómo hacerlo con un ejemplo práctico.

Código de ejemplo para usar el MPU-6050 con Arduino

Ya tienes todo listo: el MPU-6050 conectado y la librería instalada. Ahora viene lo divertido: ver cómo todo esto cobra vida. Vamos a empezar con un código sencillo para que puedas leer los datos del giroscopio y acelerómetro directamente desde el monitor serie de Arduino.

Este código es básico, pero te permitirá obtener lecturas de rotación e inclinación en los tres ejes: X, Y y Z. Verás en tiempo real cómo tu sensor capta cada pequeño movimiento que hagas.

Aquí te dejo el código de ejemplo:

#include <MPU6050_tockn.h>
#include <Wire.h>

// Crear un objeto MPU6050
MPU6050 mpu6050(Wire);

void setup() {
  // Iniciar la comunicación serie para mostrar datos
  Serial.begin(9600);
  // Iniciar la comunicación I2C
  Wire.begin();
  // Iniciar el MPU6050
  mpu6050.begin();
  // Calibrar el sensor (opcional)
  mpu6050.calcGyroOffsets(true);
  Serial.println("Sensor MPU6050 inicializado correctamente.");
}

void loop() {
  // Actualizar los valores del sensor
  mpu6050.update();

  // Mostrar los valores de aceleración en el monitor serie
  Serial.print("Aceleración X: "); Serial.print(mpu6050.getAccX());
  Serial.print(" | Aceleración Y: "); Serial.print(mpu6050.getAccY());
  Serial.print(" | Aceleración Z: "); Serial.println(mpu6050.getAccZ());

  // Mostrar los valores del giroscopio en el monitor serie
  Serial.print("Giroscopio X: "); Serial.print(mpu6050.getGyroX());
  Serial.print(" | Giroscopio Y: "); Serial.print(mpu6050.getGyroY());
  Serial.print(" | Giroscopio Z: "); Serial.println(mpu6050.getGyroZ());

  // Mostrar el ángulo de inclinación
  Serial.print("Ángulo X: "); Serial.print(mpu6050.getAngleX());
  Serial.print(" | Ángulo Y: "); Serial.print(mpu6050.getAngleY());
  Serial.print(" | Ángulo Z: "); Serial.println(mpu6050.getAngleZ());

  // Pequeño retardo para evitar saturar el monitor serie
  delay(500);
}

Este código hace que el MPU-6050 recoja datos de aceleración y rotación en tiempo real. La información se imprime en el monitor serie, lo que te permite visualizar qué está haciendo el sensor en cada momento.

Cuando lo cargues en tu Arduino, verás cómo los valores de los ejes X, Y y Z cambian a medida que mueves el sensor. Esto te muestra la inclinación y la velocidad de giro del sensor. Y si lo sujetas a algún objeto en movimiento, ¡los resultados serán aún más interesantes!

Recuerda que este es solo el punto de partida. Con este código ya puedes empezar a trabajar en proyectos más avanzados, donde estos datos se usen para controlar motores, equilibrar robots o estabilizar drones. Pero antes de llegar a eso, asegúrate de jugar con el código y familiarizarte con las lecturas.

Visualizando los datos del giroscopio en tiempo real

Ya tenemos el código cargado y funcionando, pero ¿qué pasa ahora? Vamos a ver los resultados en tiempo real. Este es el momento en el que todo el trabajo previo cobra sentido. El monitor serie de Arduino será tu mejor amigo aquí, ya que te permitirá ver cómo cambia cada valor mientras mueves el MPU-6050.

Una vez que el código esté funcionando en tu Arduino, abre el monitor serie (puedes hacerlo desde la esquina superior derecha del IDE de Arduino o presionando Ctrl + Shift + M). Asegúrate de que la velocidad de la comunicación esté ajustada a 9600 baudios, ya que es la que hemos definido en el código.

Ahora, mueve ligeramente el sensor. Lo que deberías ver son los valores de los ejes X, Y y Z cambiando en tiempo real. Esto incluye los datos del giroscopio y del acelerómetro, mostrándote los ángulos de inclinación, la aceleración y la velocidad de rotación.

¿Qué significan estos valores? Los datos de aceleración te muestran cómo el sensor está moviéndose en el espacio, es decir, si se está inclinando o cambiando de dirección. Mientras que los valores del giroscopio reflejan cómo está rotando en cada eje. Si ves un cambio grande en estos números, es porque el sensor detecta que se está moviendo rápido o girando con fuerza.

Este tipo de visualización es ideal cuando estás desarrollando un proyecto donde necesitas detectar movimientos o calcular la orientación de un objeto. Por ejemplo, si estás creando un robot autobalanceado, los datos en tiempo real del MPU-6050 te ayudarán a ajustar la estabilidad del robot en cada momento.

Un buen truco aquí es fijar el sensor a un objeto o a tu propia mano mientras ves los cambios en la pantalla. De esta manera, puedes relacionar cada movimiento con los valores que te muestra el monitor. Con un poco de práctica, entenderás cómo interpretar esos datos y cómo aplicarlos a tus proyectos.

¿Quieres darle más potencia a tu proyecto? Puedes usar los datos del giroscopio para controlar motores, estabilizar una cámara o incluso detectar si algo ha caído o se ha inclinado de más. La clave está en cómo uses estos números para que tu proyecto reaccione.

Conclusión

Ya sabes cómo conectar, leer datos y visualizar los movimientos en tiempo real. Pero el MPU-6050 puede hacer mucho más si te atreves a ir un paso más allá. Cuando empiezas a combinar sus capacidades de giroscopio y acelerómetro con algo de lógica en tu código, puedes crear proyectos realmente avanzados que responden de forma precisa a los movimientos.

Uno de los primeros conceptos que deberías explorar es el uso de filtros. ¿Por qué? Porque aunque el MPU-6050 es bastante preciso, siempre hay un poco de ruido en los datos que recoge. Esto es normal en sensores de bajo costo. Por eso, aplicar un filtro de Kalman o un filtro complementario te permitirá suavizar los datos y obtener lecturas mucho más estables. Es algo que marca la diferencia cuando necesitas precisión, como en un robot equilibrado o un dron que no puede darse el lujo de tambalearse.

Otro truco avanzado es el uso del pin ADO para manejar múltiples sensores en el mismo bus I2C. Si estás desarrollando un proyecto que requiere varios MPU-6050 (imaginemos un traje de captura de movimiento casero o un sistema que monitorea varias partes de un vehículo), este pin te ayudará a identificar cada sensor de manera individual. Solo tienes que conectar ADO a GND o VCC para cambiar la dirección I2C y controlar varios sensores a la vez.

Además, si te interesa entrar en el mundo de la robótica o la estabilidad de dispositivos móviles, te recomiendo profundizar en los algoritmos de control. Estos algoritmos pueden hacer que tu proyecto reaccione de manera automática a los cambios de inclinación o velocidad. Piensa en un robot bípedo que ajusta sus piernas cada vez que detecta que se inclina demasiado hacia un lado. Aquí es donde el código se vuelve realmente divertido.

Por último, no subestimes el potencial del MPU-6050 para monitorizar fuerzas G en vehículos o sistemas en movimiento. Este sensor, cuando se combina con un buen código, puede proporcionarte datos que podrías encontrar en equipos de alta gama. Ya sea que quieras monitorear cómo responde tu coche en una curva cerrada o cómo se mueve un dron en el aire, los datos de aceleración y rotación pueden ser una mina de oro para mejorar tus proyectos.

Con estos consejos, ya estás preparado para dar el salto a proyectos mucho más complejos. La clave está en no tener miedo de experimentar. El MPU-6050 tiene mucho por ofrecer y, con las herramientas adecuadas, tus proyectos pueden llegar a niveles que no imaginabas.