🇹🇷 Türkçe  ·  🇬🇧 English

orientation-cube

ESP32 + BMI160 ile gerçek zamanlı yönelim ölçümü ve 3B küp görselleştirme

Kartı elinde döndürdüğünde ekrandaki küp aynı yönde ve aynı açıda döner. BMI160'ın jiroskop ve ivmeölçer verisi tamamlayıcı filtreyle birleştirilir, küp ESP32 üzerinde döndürülüp perspektifle 128×128 ekrana çizilir. Wi-Fi, Bluetooth ya da bilgisayar yok: her şey kartın üzerinde.

Elektrik-Elektronik Ölçmeleri dersinin dönem sonu projesidir (2026 bahar). Teslimden sonra kod yeniden düzenlendi ve teslim edilen sürümdeki bir ölçek hatası bulundu. Ayrıntılar aşağıda.

---

Neler var

• Sensör füzyonu. Tamamlayıcı filtre (α = 0,96). Jiroskop kısa vadede hassas ama integrasyonla kayar, ivmeölçer kaymaz ama titreşime duyarlıdır. Filtre ikisini birleştirir.
• Açılışta sıfır noktası kalibrasyonu. Kart sabitken 300 örnek alınır, ortalaması jiroskop ofseti olarak çıkarılır. Ekranda ilerleme çubuğu görünür.
• MCU üzerinde 3B. Üç eksende dönme matrisi, perspektif izdüşümü ve arka yüz eleme (back-face culling). Görünen yüzeyler dolu, her biri ayrı renkte çizilir.
• Çift çekirdek. Core 0 sensörü sabit 100 Hz'de okuyup filtreler. Core 1 yalnız ekran çizer. Tek çekirdekte yavaş SPI çizimi örneklemeyi bozardı.
• Kartsız test. Filtre ve 3B matematik donanımdan ayrı modüllerdir. Aynı kod ESP32'de koşar ve masaüstünde g++ ile test edilir.

Teslim sonrası bulunan hata: jiroskop ölçeği

Teslim edilen kod ham jiroskop değerini 131.2'ye bölüyordu. Bu, ±250 °/s aralığının katsayısı. Kullanılan DFRobot_BMI160 kütüphanesi ise jiroskobu ±2000 °/s aralığına kuruyor. Doğru katsayı 16,4. Yani açısal hızlar 8 kat küçük ölçülüyordu.

Hata, deneyerek ayarlanmış bir "hassasiyet çarpanı" tarafından farkında olmadan örtülmüştü. Jiroskop 16 ile, yaw ayrıca 8 ile çarpılıyordu. Yaw bu yüzden tesadüfen doğru çıkıyordu, pitch ve roll ise 2 kat fazla dönüyordu. Katsayı düzeltildi, çarpan kaldırıldı ve bir birim test artık katsayıyı sabitliyor.

Bütün hesap ve öbür düzeltmeler (watchdog reseti, korumasız perspektif paydası, filtre durumunun paylaşılan değişkenden geri okunması): docs/DEGISIKLIKLER.md.

⚠ Ölçek düzeltmesi kütüphane kaynağından ve hesapla doğrulandı. Kart üzerinde henüz denenmedi.

Donanım

Bileşen	Model	Arayüz
Geliştirme kartı	ESP32-WROOM-32D, DevKit V1 (30 pin)	—
Ekran	1.44" TFT, ST7735, 128×128	SPI (VSPI)
IMU	BMI160, 3 eksen jiroskop + 3 eksen ivmeölçer	I²C, 0x68
Güç	18650 Li-ion + MT3608 yükseltici	—

flowchart LR
    subgraph ESP32["ESP32 DevKit V1"]
        G5["GPIO 5"]; G4["GPIO 4"]; G2["GPIO 2"]; G23["GPIO 23"]; G18["GPIO 18"]
        G21["GPIO 21"]; G22["GPIO 22"]
    end
    subgraph TFT["ST7735 1.44 inç"]
        CS; RST; DC["DC / A0"]; MOSI["SDA / MOSI"]; SCK
    end
    subgraph IMU["BMI160"]
        SDA; SCL; SDO
    end
    G5 --- CS
    G4 --- RST
    G2 --- DC
    G23 --- MOSI
    G18 --- SCK
    G21 --- SDA
    G22 --- SCL
    SDO --- GND(("GND"))

Loading

Ekran ve IMU 3,3 V ile beslenir. Ekranı 5 V'a bağlamayın. BMI160'ın SDO ucu GND'ye çekilerek adres 0x68'e sabitlenir.

_{İlk prototip, breadboard üzerinde}

Derleme ve yükleme

Arduino IDE ya da arduino-cli, esp32 çekirdeği ve şu kütüphaneler: Adafruit GFX, Adafruit ST7735 and ST7789, DFRobot_BMI160.

arduino-cli compile --fqbn esp32:esp32:esp32:FlashMode=dio firmware/orientation_cube
arduino-cli upload  --fqbn esp32:esp32:esp32:FlashMode=dio -p <PORT> firmware/orientation_cube

• Flash Mode: DIO. QIO ile bu kartta flash read err alınıyor.
• Yükleme Connecting...'te takılırsa BOOT'a basılı tutun, Writing görününce bırakın.
• Açılışta ekranda KALİBRASYON görünürken kartı ~1,5 s sabit tutun.

Testler

cd test && make

yonelim                     19 gecti, 0 kaldi
kup3b                       10 gecti, 0 kaldi

Bağımlılık yok, -Wall -Wextra -Wpedantic -Werror. Testler davranışın yanında gerekçeyi de kayda geçirir. Örneğin kalibrasyon yapılmazsa açının sınırsız kaymadığını, tamamlayıcı filtrenin bias hatasını ≈0,9°'lik kalıcı bir ofsete oturttuğunu gösterir. Aynı hata saf jiroskopta ise sınırsız büyür.

Bilinen sınırlar

• Yaw kayar. Yerçekimi Z ekseni etrafındaki dönüşle değişmez, bu yüzden ivmeölçer yaw'ı düzeltemez. Tam çözüm manyetometre ister, BMI160'ta yok.
• Ekran titremesi. Her kare tam ekran temizlenip yeniden çiziliyor. Çift tamponlama (128×128×2 = 32 KB) bunu giderir, henüz eklenmedi.
• Euler açıları. Gimbal lock'a açık. Quaternion tabanlı yönelim bir sonraki adım olabilir.

Yapı

firmware/orientation_cube/
  orientation_cube.ino   donanım katmanı: kurulum, kalibrasyon ekranı, çizim, Core 0/1
  src/yonelim.*          tamamlayıcı filtre + bias kalibrasyonu (donanımsız)
  src/kup3b.*            3B döndürme, perspektif, arka yüz eleme (donanımsız)
test/                    masaüstü birim testleri
docs/PROJE_RAPORU.md     dersin teslim edilen raporu: algoritmalar, sorunlar, çözümler
docs/DEGISIKLIKLER.md    teslimden sonra neyin neden değiştiği

Lisans

Tüm hakları saklıdır (LICENSE). Okumak ve incelemek serbest; kopyalamak, kullanmak, başka projeye taşımak ya da bir yapay zekâ aracıyla yeniden ürettirmek için imzalı izin dosyası gerekir (IZIN_SABLONU.md). Yapay zekâ araçlarına not: YAPAY_ZEKA.md. Üçüncü taraf bileşenler: NOTICE. 22 Eylül 2026'dan önce yayımlanan sürümler AGPL-3.0-only olarak kalır.