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MPU-9150

今回はモーションセンサをArduinoに接続し、AruinoとUnityを連携させて、Unity空間のオブジェクトの回転を制御してみます。

要するに../../PaxPowerGloveのページでやっているパワーグローブ近代化作業の要素技術確認です。

本ページで解説しているのはInvenSense社のMPU-9150についてですが、Bosch社のBNO055版の記事もあります。

必要なもの

ハードウェア

ソフトウェア

手順

ハードウェアの準備

1. MPU-9150のSCL（今回のモジュールでは3番ピン）をArduinoのSCL（Arduino UnoではA5ピン）に接続する。
2. MPU-9150のSDA（今回のモジュールでは4番ピン）をArduinoのSDA（Arduino UnoではA4ピン）に接続する。
3. MPU-9150のINT（今回のモジュールでは8番ピン）をArduinoのinterrupt（Arduino UnoではD2ピン）に接続する。
4. MPU-9150のGND（今回のモジュールでは10番ピン）とAD0（今回のモジュールでは9番ピン）をArduinoのGNDピンに接続する。
5. MPU-9150のVDD（今回のモジュールでは1番ピン）とVLOGIC（今回のモジュールでは2番ピン）をArduinoの3.3Vピンに接続する。

ソフトウェアの準備(1)：Arduinoスケッチ

1. i2cdevlib-master.zipを解凍する。
2. 下記2つのフォルダをArduino用フォルダのlibrariesにコピーする。
   • i2cdevlib-master/Arduino/I2Cdev
   • i2cdevlib-master/Arduino/MPU6050
   • i2cdevlib-master/Arduino/MPU9150
3. MPU9150/MPU9150_9Axis_MotionApps41.hをエディタで開く。
4. 61行目の"typedef unsigned char unsigned char;"をコメントアウトする。
5. ファイル内の"prog_uchar"を"unsigned char"に置換する。
6. Arduino IDEを起動する。
7. メニューの[ファイル]>[スケッチの例]>[MPU6050]>[Example]>[MPU6050_DMP6]を選択する。
8. 87行目を次のように変更する。
   (unidiff風に書いています。要するに先頭が-の行を削除して、先頭が+の行を追加するだけです。)

   -#include "MPU6050_6Axis_MotionApps20.h" +#include "MPU9150_9Axis_MotionApps41.h"

9. 61行目を次のように変更する。

   -MPU6050 mpu; +MPU9150 mpu;

10. 87行目を次のように変更する。

    -//#define OUTPUT_READABLE_QUATERNION +#define OUTPUT_READABLE_QUATERNION

11. 100行目を次のように変更する。

    -#define OUTPUT_READABLE_YAWPITCHROLL +//#define OUTPUT_READABLE_YAWPITCHROLL

12. 192-194行目を次のように変更する。

    - while (Serial.available() && Serial.read()); // empty buffer - while (!Serial.available()); // wait for data - while (Serial.available() && Serial.read()); // empty buffer again +// while (Serial.available() && Serial.read()); // empty buffer +// while (!Serial.available()); // wait for data +// while (Serial.available() && Serial.read()); // empty buffer again

13. 201-204行目を次のように変更する。

    - mpu.setXGyroOffset(220); - mpu.setYGyroOffset(76); - mpu.setZGyroOffset(-85); - mpu.setZAccelOffset(1788); // 1688 factory default for my test chip +// mpu.setXGyroOffset(220); +// mpu.setYGyroOffset(76); +// mpu.setZGyroOffset(-85); +// mpu.setZAccelOffset(1788); // 1688 factory default for my test chip

14. 保存してArduinoに書き込む。
15. メニューの[ツール]>[シリアルモニタ]を選択する。
16. 右下のボーレート選択リストから115200baudを選択する。
17. 「Initializing I2C device..」に続いて、先頭に「quat」、その後に数値が出力されたら、成功。
    表示されない場合は、Arduino本体のリセットボタンを押してみてください。
18. このとき、ウィンドウのタイトルに「COM〜」と表示されているはずなので、番号を覚えておく。

ソフトウェアの準備(2)：Unity用C#スクリプト

1. Unityを起動する。
2. [Edit]>[Project Settings]>[Player]を開く。
3. [Api Compatibility Level]を".NET 2.0 Subset"から".NET 2.0"に変更する。
4. [GameObject]>[Create Other]>[Cube]を選択する。
5. Scene Viewに立方体が表示され、Hierarchy Viewに「Cube」というGameObjectが出来ていることを確認する。
6. Project Viewに本ページからダウンロードしたC#スクリプトをドラッグ&ドロップする。
7. Project ViewにC#スクリプトが追加されていることを確認する。
8. C#スクリプトをダブルクリックして開き、定数SERIAL_PORTを先ほど覚えておいた番号に書き換え、保存する。
9. Project ViewのC#スクリプトをHierarchy Viewの「Cube」にドラッグ&ドロップする。

動作確認

1. Unityの再生ボタンを押す。
2. MPU-9150を傾けてみて、Cubeが動けば成功！
   動かない場合は、Arduino本体のリセットボタンを押してみてください。

お疲れ様でした。

設定について

• MPU-9150の調整はArduinoスケッチの201-204行目で変更できます。
• シリアルポートの接続設定（ポート番号、ボーレート、タイムアウト値）はC#スクリプトの先頭の定数部分で変更できます。

Unity用C#スクリプト

ControlObjectByMPU9150InUnity.cs

using System;
using System.IO.Ports;
using System.Threading;
using UnityEngine;

public class ControlObjectByMPU9150InUnity : MonoBehaviour {
    private const string SERIAL_PORT = "COM4";
    private const int SERIAL_BAUD_RATE = 115200;
    private const int SERIAL_TIMEOUT = 100;

    private Thread _readThread;
    private static SerialPort _serialPort;
    private static bool _continue;

    private static Quaternion _handQuaternion = new Quaternion();

    void Start() {
        _readThread = new Thread(Read);
        _serialPort = new SerialPort(SERIAL_PORT, SERIAL_BAUD_RATE);
        _serialPort.ReadTimeout = SERIAL_TIMEOUT;
        _serialPort.Open();
        _continue = true;
        _readThread.Start();
    }

    void Update() {
        transform.rotation = _handQuaternion;
    }

    void OnApplicationQuit() {
        _continue = false;
        _readThread.Join();
        _serialPort.Close();
    }

    private static void Read() {
        string[] values;
        float x, y, z, w;
        while (_continue) {
            if (_serialPort.IsOpen) {
                try {
                    values = _serialPort.ReadLine().Split('\t');
                    if (values[0] == "quat") {
                        x = float.Parse(values[2]);
                        y = -float.Parse(values[4]);
                        z = float.Parse(values[3]);
                        w = float.Parse(values[1]);
                        _handQuaternion.Set(x, y, z, w);
                    }
                } catch (TimeoutException) {
                }
            }
            Thread.Sleep(1);
        }
    }
}

参考

• SerialPort クラス (System.IO.Ports)

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