Lab 7 - I2C - Prática 70% da nota do lab

Neste laboratório iremos substituir o joystick analógico por uma IMU para implementarmos um "pointer" (esses usados para apresentacão!). Como o spotlight da logitech.

Para isso, vocês precisarão de:

Lista de Materiais	Valor
1x MPU6050	R$ 20,00
1x LED PWM	R$ 0,50

INFO

Você devem utilizar o mesmo python do lab passado (porém vão precisar alterar ele).

• mpu_task: Faz a leitura da aceleracao e do giroscópio e envia os dados para a fila xQueueMPU
• xQueueMPU: Fila que possui os dados de aceleração e de giroscópio
• fusion_task: Task que faz a fusão de dados, detecta o click e formata a cor
• xQueueColor: Fila que recebe um dado rgb e exibe no LED (via pwm)
• xQueuePos: Fila que possui os dados x e y que irão movimentar o mouse
• xSemaphoreBtn: Semáforo que indica que o botão foi pressionado
• uart_task: Task que faz o envio dos dados para UART

Requisitos

No lugar do joystick, agora você deve fazer a leitura da IMU6050 formatar os dados corretamente e enviar via serial para a leitura do programa python.

Vocês precisarão implementar um "mouse click", que deve ser acionado quando o sistema embarcado perceber uma movimentação repentina na horizontal no sentido para frente, como se estivesse "cutucando o ar". Para isso vão precisar identificar esse tipo de movimentação e fazer o envio para o python (que deverá ser modificado).

Além do mouse click, você deverão implementar o controle de um led RGB que deverá mudar de cor dado a orientacão do controle.

Siga o diagrama detalhado a seguir:

Firmware fornecido

O Firmware fornecido é inspirado no exemplo oficial da raspberrypi pico para o sensor MPU6050, modificado para fazer uso do Freertos, a conexão deve ser a mesma da indicada no repositório do fabricante:

O firmware faz leituras periódicas do sensor e imprime os valores de aceleração, giro e temperatura (interna do chip) no terminal:

while(1) {
    mpu6050_read_raw(acceleration, gyro, &temp);

    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(10));
}

WARNING

Se você for utilizar a PICO DOCK, você deve alterar os pinos do I2C:

-const int I2C_SDA_GPIO = 4;
-const int I2C_SCL_GPIO = 5;

+const int I2C_SDA_GPIO = 17;
+const int I2C_SCL_GPIO = 16;

E utilizar esses pinos novos para conectar a MPU6050.

Os pinos originais 4 e 5 estão conectados aos botões da placa, e nesse botões colocamos um capacitor para realziar o deboucing, por conta disso o barramento I2C não funciona!

TIP

Execute o código exemplo fornecido, abra o terminal e verifique se ele funciona (envia dados na UART).

• Analisando os dados enviados, você é capaz de extrair alguma infomaćão?

Fusão de dados

Os dados brutos de aceleração e giro não são muito fáceis de se usar, pois precisam ser "fundidos" para fornecerem informacoes mais úteis, uma dessas informacoes que podemos obter da fusão dos dados é chamada de "orientacão" (roll, pitch e yaw).

Existem diversos algortímos que realizam essa fusão de dados, e IMUs mais poderosas podem fazer isso internamente, mas não é o caso da nossa (IMUs que fazem fusão são um pouco mais caras!). Para obtermos a orientacão iremos usar uma biblioteca escrita em C para sistemas embarcados chamada de xioTechnologies/Fusion. A biblioteca já foi importada para vocês no projeto, mas ainda não foi utilizada.

A lib que iremos utilizar é a:

• https://github.com/xioTechnologies/Fusion/blob/main/Examples/Simple/main.c

A seguir um exemplo de como ler a MPU e realizar a fusão dos dados:

void mpu6050_task(void *p) {
  // .... 
  // configuracao da mpu e i2c

  FusionAhrs ahrs;
  FusionAhrsInitialise(&ahrs);
  
  while (true) { 

      mpu6050_read_raw(acceleration, gyro, &temp);
      FusionVector gyroscope = {
          .axis.x = gyro[0] / 131.0f, // Conversão para graus/s
          .axis.y = gyro[1] / 131.0f,
          .axis.z = gyro[2] / 131.0f,
      };

      FusionVector accelerometer = {
          .axis.x = acceleration[0] / 16384.0f, // Conversão para g
          .axis.y = acceleration[1] / 16384.0f,
          .axis.z = acceleration[2] / 16384.0f,
      };      
  
      FusionAhrsUpdateNoMagnetometer(&ahrs, gyroscope, accelerometer, SAMPLE_PERIOD);
  
      const FusionEuler euler = FusionQuaternionToEuler(FusionAhrsGetQuaternion(&ahrs));
  
      printf("Roll %0.1f, Pitch %0.1f, Yaw %0.1f\n", euler.angle.roll, euler.angle.pitch, euler.angle.yaw);
      vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(10));
  }

Atenção!

• Notem que a lib necessita saber a taxa de amostragem! SAMPLE_PERIOD, vocês precisam ajustar com o valor de vocês!
• Esse exemplo não faz uso de bussolá (pois nossa IMU não possui), isso acrescenta um drift no resultado, ou seja, mesmo com a IMU parada vamos notar um "movimento" (a bussolá tenta corrigir isso).

LED RGB

O LED RGB possibilita que tenhamos uma combinação de cores para representar o estado de orientação do controle de forma visual e imediata. O objetivo final é que o LED RGB funcione como uma extensão da interface: além de enviar os dados para o Python e detectar o clique, o sistema também deve comunicar visualmente a orientação do dispositivo.

Para isso vocês deverão controlar as cores do LED a partir dos ângulos de roll e pitch calculados pela fusão de dados. A ideia é que o LED funcione como um indicador intuitivo da inclinação do dispositivo, permitindo que a cor mude conforme o controle é inclinado para diferentes direções.

Uma sugestão de mapeamento é:

• inclinação para a esquerda: aumentar o componente azul;
• inclinação para a direita: aumentar o componente vermelho;
• inclinação para frente: aumentar o componente verde;

Vocês podem escolher a estratégia de mapeamento que fizer mais sentido, desde que a cor varie de forma consistente com a orientação do controle. O importante é que a relação entre orientação e cor seja perceptível e reproduzível.

Como o LED é do tipo RGB, será necessário controlar os três canais independentemente por LED. Também é interessante suavizar as transições de cor, para que o LED não fique “pulando” entre tons muito diferentes a cada amostra (podem usar a média móvel).

Python

Vocês devem modificar o programa em python para que ele identifique quando houve um click do mouse e "aperte" o botão.