[버섯] 에어 마우스 만들기 기초 ( 아두이노와 MPU-6050 센서 사용 )

원래는 아들하고 함께 즐길 장난감을 먼저 만들 예정이었지만...

에어 마우스에 대해 문의하는 분들도 계셔서 간단한 에어 마우스부터 먼저 만듭니다.^^;;

두 달전에 시작했었지만 32u4 기반의 아두이노가 없어서 잠시 중단했었으나..

Ep. 57 Arduino Accelerometer & Gyroscope Tutorial MPU-6050 6DOF Module

이렇게 가져온 데이터를 아두이노에서 제공하는 Mouse 클래스를 이용해서 제어하면 에어 마우스가 됩니다.^^

에어 마우스 구현 컨셉..

MPU-6050 센서를 좌/우/앞/뒤로 기울였을 때 화면에서 마우스가 이동하려면 무엇이 필요할 까요?

아주 쉽게~ 생각하면... 마우스를 제어하는 방법과 센서를 제어하는 방법을 알아야겠지요?

저는 URL에 있는 소스 코드를 복사 후 통신 속도를 9600에서 115200으로 수정했습니다.

소스 파일은 본 글에 mpu-6050.ino 파일로 첨부했습니다.

// By Arduino User JohnChi
// August 17, 2014
// Public Domain
#include<Wire.h>
const int MPU_addr=0x68;  // I2C address of the MPU-6050
int16_t AcX,AcY,AcZ,Tmp,GyX,GyY,GyZ;

void setup(){
  Wire.begin();
  Wire.beginTransmission(MPU_addr);
  Wire.write(0x6B);  // PWR_MGMT_1 register
  Wire.write(0);     // set to zero (wakes up the MPU-6050)
  Wire.endTransmission(true);
  Serial.begin(115200);
}

void loop(){
  Wire.beginTransmission(MPU_addr);
  Wire.write(0x3B);  // starting with register 0x3B (ACCEL_XOUT_H)
  Wire.endTransmission(false);
  Wire.requestFrom(MPU_addr,14,true);  // request a total of 14 registers
  AcX=Wire.read()<<8|Wire.read();  // 0x3B (ACCEL_XOUT_H) & 0x3C (ACCEL_XOUT_L)     
  AcY=Wire.read()<<8|Wire.read();  // 0x3D (ACCEL_YOUT_H) & 0x3E (ACCEL_YOUT_L)
  AcZ=Wire.read()<<8|Wire.read();  // 0x3F (ACCEL_ZOUT_H) & 0x40 (ACCEL_ZOUT_L)
  Tmp=Wire.read()<<8|Wire.read();  // 0x41 (TEMP_OUT_H) & 0x42 (TEMP_OUT_L)
  GyX=Wire.read()<<8|Wire.read();  // 0x43 (GYRO_XOUT_H) & 0x44 (GYRO_XOUT_L)
  GyY=Wire.read()<<8|Wire.read();  // 0x45 (GYRO_YOUT_H) & 0x46 (GYRO_YOUT_L)
  GyZ=Wire.read()<<8|Wire.read();  // 0x47 (GYRO_ZOUT_H) & 0x48 (GYRO_ZOUT_L)
  Serial.print("AcX = "); Serial.print(AcX);
  Serial.print(" | AcY = "); Serial.print(AcY);
  Serial.print(" | AcZ = "); Serial.print(AcZ);
  Serial.print(" | Tmp = "); Serial.print(Tmp/340.00+36.53);  //equation for temperature in degrees C from datasheet
  Serial.print(" | GyX = "); Serial.print(GyX);
  Serial.print(" | GyY = "); Serial.print(GyY);
  Serial.print(" | GyZ = "); Serial.println(GyZ);
  delay(333);
}

IDE 환경에서 보드를 "Arduino Micro"를 선택하고 업로드해서 실행합니다.

와우~ MPU-6050 센서에서 원하는 값을 손쉽게 추출할 수 있게 되었습니다.*^^*V

실행 결과를 보면 순서대로 가속도(X,Y,Z)와 온도 및 자이로(X,Y,Z) 값을 확인할 수 있으며,

이 소스를 기준으로 원하는 센서 값을 이용해서 PC의 마우스를 제어하면 되겠습니다.

마우스 제어..

마우스를 제어하기 위해서는 setup()에 Mouse.begin()을 추가합니다.

그리고 loop()에서 Mouse.move()를 이용해서 마우스의 위치를 이동시키면 됩니다.

문제는 센서에서 읽어들인 자이로 값을 그대로 사용하면 안 되기 때문에 필터 등을 구현해야 합니다만....

이 분야와는 담을 쌓아서 그런지 사칙 연산도 힘들다 보니 드론 강좌 등을 아무리 봐도 머리에 안 들어오는 관계로...

저는 예전에 답변했었던 질문의 소스에서 사용된 공식을 그대로 적용했습니다.

http://blog.naver.com/dev4unet/220818752072

복잡한 연산 필요 없이 아래 빨간색으로 표시한 2줄의 연산이면 끝입니다.^^

int16_t gyroX, gyroZ;

int Sensitivity = 300;

gyroX = GyX / Sensitivity / 1.1 * -1;

gyroZ = GyZ / Sensitivity * -1;

GyX와 GyZ는 센서에서 읽어 들인 값이며 실제 사용할 보정된 값이 gyroX와 gyroZ 입니다.

이 값을 Mouse.move 메서드를 이용해서 위치를 제어하면 끝입니다.

Mouse.move(gyroZ, gyroX);

간단하죠? *^^*

보정된 값은 자이로만 이용하며 정교한 공식이 아니라서 흔들림이 있고 시간이 지날수록 누적 오차가 생기기 마련입니다.

하지만, 제가 만들 작품에는 드론처럼 정밀한 제어가 필요하지 않고 단순하게 아들하고 게임을 즐기면 되기에 충분합니다.*^^*

만약, 보다 정밀한 제어가 필요한 분들은 온라인상의 훌륭한 강좌들을 참고하시기 바랍니다.*^^*

기존 소스에 마우스 제어 코드를 추가한 소스이며 파일로 첨부했습니다.

[AirMouseBasic.ino]

저는 충분하지만 정밀한 제어를 원하시면 저도 모르니 구글링하세요.^^;;;

주로 드론(콥터) 관련 강좌가 설명이 자세하니 드론이나 에어 마우스 강좌 등을 살펴보시면 도움이 되리라 봅니다.

참고로, jrowberg의 i2cdev 라이브러리에 있는 MPU6050의 DMP 예제의 경우에는 필터가 적용된 값이라..

출력된 값을 그대로 적용해 보았는데 방향만 반대로 보정해주면 부드럽게 움직이더군요.

테스트..

MPU-6050 센서의 경우 자이로 센서라서 방향이 상당히 중요하며 온도도 센서 값에 영향을 미칩니다.

보통은 온도와 가속도 값 등을 활용해서 보정해야 하지만...

이번 프로젝트에서는 상온이라면 모두 무시한 상태로 자이로 값만 사용해도 됩니다.^^

대신 설치 방향은 주의해야 합니다.

센서 하단을 잘 보시면 X와 Y 방향 표시가 있는데 Y 표시가 있는 저 방향이 앞을 향하고 있어야 합니다.

즉, 사진과 동일한 방향이 마우스의 앞쪽 방향입니다.

각자 사용하시는 아두이노 보드에 맞게 결선 후 첨부한 소스를 실행하면 되겠습니다.

아래는 간단한 동작 영상입니다.

아쉽게도 3D 프린터 사용 정지~ 명령을 하달 받아서 예쁜 케이스가 없군요.^^;;;

각자 예쁘게 꾸미시고 필요하다면 Mouse 클래스를 살펴보셔서 버튼 기능 등도 구현하시기 바랍니다.

구매 정보..

제가 구매했던 Micro 제품입니다.

$3.05 - http://s.click.aliexpress.com/e/iqVFiYf2f

!!!!New Pro Micro ATmega32U4 5V/16MHz Module with 2 row pin header For Leonardo best quality

최저가를 찾아 보니 조금 더 저렴한 제품도 보이네요.

$2.95 - http://s.click.aliexpress.com/e/VZjiMBu

New Pro Micro for arduino ATmega32U4 5V/16MHz Module with 2 row pin header For Leonardo in stock . best quality

$2.94 - http://s.click.aliexpress.com/e/QVjiIIQ

New Pro Micro for arduino ATmega32U4 5V/16MHz Module with 2 row pin header For Leonardo in stock . best quality

MPU-6050 센서입니다.

$1.25 - http://s.click.aliexpress.com/e/FUvjAqF

Free Shipping GY-521 MPU-6050 MPU6050 Module 3 Axis Gyroscope + Accelerometer Module for MPU 6050

$1.26 - http://s.click.aliexpress.com/e/FufQVRf

FREE SHIPPING 1PCS GY-521 MPU-6050 MPU6050 Module 3 Axis analog gyro sensors+ 3 Axis Accelerometer Module (GY-521)

마치며..

아주 간단하지만... 손쉽게 구현할 수 있는 에어 마우스에 대해서 살펴봤습니다.

MPU-6050 센서는 다양하게 활용되니 고속으로 DMP 값을 직접 읽어 들이고..

화려한 GUI에서 테스트 등을 하고 싶은 분들은 본문에 소개한 유튜브 영상과 아래 글을 참고하세요.

https://diyhacking.com/arduino-mpu-6050-imu-sensor-tutorial/ 

제가 구현하려는 목적에는 복잡한 개념이 필요 없어서 다른 자료들을 살펴보지는 않았으나...

단순하게 생각해도 에어 마우스를 구현하는 방법은 많으며 오래된 개념이라 다양한 자료들이 있을 테니 찾아 보시기 바랍니다.^^;;

유사 기능에 관심이 있던 분들이나 아이와 함께 놀고 싶은 분들에게 도움이 되었길 바랍니다.^^;;

제가 만들려고 했었던 장난감은 마우스 클릭 기능 하나만 더 들어가며 외형을 제외하면 에어 마우스와 동일합니다.

그동안 마우스 클릭 기능은 스스로 학습하시라고 숙제로 남겨 놓고~ 장난감(?)은 따로 포스팅하겠습니다.^^;;