Antenne

Vue d'ensemble de l'architecture — capteur de mouvement 9DoF vers OSC via Ethernet

Objectif

Une « antenne » de capteur de mouvement autonome : branchez le module MPU9150 directement dans le connecteur UEXT de l'ESP32-PoE, alimentez la carte via un seul câble Ethernet (PoE — pas d'alimentation séparée), et elle diffuse les données d'accéléromètre, de gyroscope, de magnétomètre et d'orientation fusionnée en OSC vers n'importe quel logiciel récepteur (Max/MSP, Pure Data, TouchDesigner, etc.) à 50 Hz. Le calibrage du gyroscope s'exécute automatiquement au démarrage, et un calibrage du magnétomètre (ponctuel ou au besoin) — déclenché par un appui bouton ou un message OSC distant — est conservé en mémoire flash afin de survivre aux redémarrages.

Matériel

Vue d'ensemble du système

L'OSC entrant sur le port 8888 (/mpu/calibrate) peut déclencher une session de calibrage du magnétomètre sur la carte à tout moment, indépendamment du flux de données sortant.

Boucle principale du firmware

La carte exécute une boucle à fréquence fixe de 50 Hz (LOOP_MS = 20) :

1. Démarrage — établit la liaison Ethernet (IP statique, jusqu'à 8 s d'attente), charge tout biais de magnétomètre précédemment sauvegardé depuis la flash (NVS), initialise le MPU9150 via I2C, et exécute un calibrage de biais du gyroscope d'1 seconde (200 échantillons, le capteur devant rester immobile).
2. Lecture des capteurs — une rafale de lecture I2C de 14 octets couvre ensemble les registres de l'accéléromètre et du gyroscope ; le magnétomètre est lu séparément (via le mode bypass I2C du MPU9150 donnant un accès direct à l'AK8975 intégré) chaque fois que son bit de données prêtes est activé.
3. Fusion d'orientation — si un calibrage du magnétomètre a été effectué, le biais correspondant par axe est soustrait avant que le vecteur soit normalisé à une longueur unitaire. Le résultat alimente un filtre de Kalman 9 axes (issu de puara-gestures) qui fusionne accéléromètre, gyroscope et magnétomètre en roulis, tangage, et lacet compensé en inclinaison.
4. Envoi OSC — un paquet par itération de boucle, conditionné à ce que la liaison Ethernet soit active.
5. Gestion LED / entrées — la machine à états de la LED et le détecteur d'appui long de BTN1 s'exécutent à chaque cycle, et toute demande de calibrage OSC entrante est également traitée ici.

Calibrage du magnétomètre

Les interférences ferromagnétiques (métal à proximité, haut-parleurs, alimentations) décalent le point zéro du magnétomètre, ce qui fausse le lacet. Le calibrage supprime ce décalage constant — nécessaire une fois lors de la première installation, et à nouveau chaque fois que la configuration physique de l'instrument change.

Le calibrage peut être démarré de deux façons — en maintenant le bouton physique, ou en envoyant un message OSC depuis le même réseau vers lequel la carte diffuse — afin de pouvoir être déclenché soit directement sur l'instrument, soit à distance depuis le logiciel qui reçoit déjà ses données. Pendant la fenêtre de 30 secondes, faire tourner le capteur à travers toutes les orientations (un mouvement en huit couvrant tous les axes fonctionne bien) permet au firmware d'enregistrer le minimum et le maximum réels sur chaque axe du magnétomètre ; le point médian du min/max de chaque axe devient le biais de cet axe. Le résultat est écrit en mémoire non volatile et survit aux coupures de courant et aux reflashages du firmware.

États de la LED

Référence OSC

Sortant (carte → ordinateur), un paquet toutes les 20 ms

Entrant (ordinateur → carte), port 8888

Paramètres ajustables

Structure du projet

├── boards/
│   └── esp32-poe-16mb.json     définition de carte PlatformIO personnalisée
├── examples/
│   ├── ESP32_PoE_Ethernet_SD_Card_Arduino.ino
│   ├── ESP32_PoE_WebServer_Demo.ino
│   └── MagnetometreCalibrationDemo.cpp
├── mpu9150_demo/                démo brute originale du capteur
├── src/
│   └── main.cpp                 firmware (à modifier)
└── platformio.ini

Les dossiers examples/ et mpu9150_demo/ sont du matériel de référence inclus, ne faisant pas partie du firmware réellement exécuté — chacun provient d'une origine différente et est conservé pour référence plutôt qu'exécuté :

• mpu9150_demo.ino — la démo originale des registres I2C bruts du MPU-9150 (domaine public, par l'utilisateur Arduino « frtrobotik » / Tobias Hübner, édition Olimexino par Chris B.) dont dérive la logique des registres de capteur de ce projet.
• MagnetometreCalibrationDemo.cpp — un exemple de référence de calibrage du magnétomètre issu d'un autre projet de l'IDMIL (GuitarAMI, Edu Meneses, construit sur les modèles Puara), conservé ici comme point de comparaison pour l'expérience de calibrage sur une pile IMU plus complète (LSM9DS1/BNO080).
• ESP32_PoE_WebServer_Demo.ino — une démo de serveur web générique pour la carte Olimex ESP32-PoE (contrôle divers modules UEXT Olimex), originellement par David Bird, adaptée pour cette carte — sans rapport avec le MPU9150 mais utile comme référence de périphériques ESP32-PoE.
• ESP32_PoE_Ethernet_SD_Card_Arduino.ino — une démo combinée de mise en route carte SD + Ethernet pour la même carte.

Définition de carte PlatformIO personnalisée

boards/esp32-poe-16mb.json définit la variante 16 Mo de flash de l'Olimex ESP32-PoE pour PlatformIO, puisqu'elle ne fait pas partie des cartes intégrées par défaut : table de partitions et script de l'éditeur de liens corrects pour 16 Mo de flash, câblage du PHY Ethernet spécifique à cette carte (LAN8720 via RMII, broches MDC/MDIO, broche d'alimentation, mode d'horloge), et paramètres de téléversement (921 600 bauds, esptool/espota).

Dépendances

Gérées automatiquement par PlatformIO :

• CNMAT OSC — bibliothèque de messages/paquets OSC
• puara-gestures — filtre de Kalman 9 axes pour l'orientation
• Framework Arduino ESP32 (Espressif32, via PlatformIO)