BNO055 Arduino ライブラリ

Bosch BNO055 9軸絶対方位センサー用のArduinoライブラリです。Spresense開発ボードでの使用に最適化されています。

特徴

• 9軸センサーフュージョン: 加速度計、ジャイロスコープ、磁気計のデータを融合
• I²C通信: シンプルで信頼性の高い通信プロトコル
• 自動キャリブレーション: センサーの精度を自動的に最適化
• 豊富なデータ出力: 生データとフュージョンデータの両方を提供
• 使いやすいAPI: 直感的なメソッドでセンサーデータにアクセス

対応データ

• 加速度 (m/s²): 3軸の線形加速度
• 角速度 (dps): 3軸の回転速度
• 磁束密度 (µT): 3軸の磁場強度
• オイラー角 (degrees): ヘディング、ロール、ピッチ角
• キャリブレーションステータス: 各センサーの校正状態

ハードウェア要件

• マイコン: Arduino互換ボード（Spresense推奨）
• センサー: BNO055モジュール
• 通信: I²C（Wire ライブラリ使用）
• 電源: 3.3V または 5V

配線

BNO055	Spresense	説明
VDD	3.3V	電源（正）
GND	GND	電源（負）
SCL	D15 (SCL)	I²Cクロック
SDA	D14 (SDA)	I²Cデータ
ADR	GND	I²Cアドレス選択（0x28）

インストール

Arduino IDE

1. このリポジトリをダウンロードまたはクローン
2. Arduino IDEの「ライブラリ」フォルダにコピー
3. Arduino IDEを再起動
4. #include "BNO055.h" でライブラリを使用

ライブラリマネージャー（将来対応予定）

スケッチ → ライブラリをインクルード → ライブラリを管理 → "BNO055" を検索

使用方法

基本的な使用例

#include "BNO055.h"

BNO055 bno = BNO055(); // デフォルトアドレス(0x28)

void setup() {
    Serial.begin(115200);
    
    if (!bno.begin()) {
        Serial.println("BNO055初期化失敗");
        while(1);
    }
    
    Serial.println("BNO055初期化完了");
}

void loop() {
    // オイラー角を取得
    EulerAngles euler = bno.getEulerAngles();
    
    Serial.print("Heading: "); Serial.print(euler.heading);
    Serial.print(", Roll: "); Serial.print(euler.roll);
    Serial.print(", Pitch: "); Serial.println(euler.pitch);
    
    delay(100);
}

キャリブレーション監視

void loop() {
    CalibrationStatus calib = bno.getCalibrationStatus();
    
    Serial.print("System: "); Serial.print(calib.system);
    Serial.print(", Gyro: "); Serial.print(calib.gyro);
    Serial.print(", Accel: "); Serial.print(calib.accel);
    Serial.print(", Mag: "); Serial.println(calib.mag);
    
    if (calib.system >= 1 && calib.gyro >= 3 && 
        calib.accel >= 3 && calib.mag >= 3) {
        Serial.println("キャリブレーション完了！");
    }
    
    delay(1000);
}

API リファレンス

コンストラクタ

BNO055(uint8_t i2cAddress = BNO055_ADDRESS_A)

• 説明: BNO055インスタンスを作成
• パラメータ:
  • i2cAddress: I²Cアドレス（0x28 または 0x29）
• デフォルト: 0x28

初期化メソッド

bool begin()

• 説明: センサーを初期化し、NDOFモードに設定
• 戻り値: 成功時 true、失敗時 false
• 処理内容:
  • I²C通信開始
  • センサーリセット
  • 内部クロック設定
  • 単位設定
  • NDOFモード切り替え

データ取得メソッド

Vector<float> getAcceleration()

• 説明: 3軸加速度データを取得
• 戻り値: Vector<float> 構造体（x, y, z成分）
• 単位: m/s²

Vector<float> getGyroscope()

• 説明: 3軸角速度データを取得
• 戻り値: Vector<float> 構造体（x, y, z成分）
• 単位: dps（度/秒）

Vector<float> getMagnetometer()

• 説明: 3軸磁束密度データを取得
• 戻り値: Vector<float> 構造体（x, y, z成分）
• 単位: µT（マイクロテスラ）

EulerAngles getEulerAngles()

• 説明: オイラー角を取得
• 戻り値: EulerAngles 構造体
• 成分:
  • heading: 方位角（0-360°）
  • roll: ロール角（-180~+180°）
  • pitch: ピッチ角（-90~+90°）

CalibrationStatus getCalibrationStatus()

• 説明: キャリブレーション状況を取得
• 戻り値: CalibrationStatus 構造体
• 成分:
  • system: システム全体（0-3）
  • gyro: ジャイロスコープ（0-3）
  • accel: 加速度計（0-3）
  • mag: 磁気計（0-3）
• レベル: 0=未校正、3=完全校正

bool isConnected()

• 説明: センサーとの接続状態を確認
• 戻り値: 接続成功時 true

データ構造体

Vector<T>

template<typename T>
struct Vector {
    T x, y, z;
};

EulerAngles

struct EulerAngles {
    float heading;  // ヨー角
    float roll;     // ロール角  
    float pitch;    // ピッチ角
};

CalibrationStatus

struct CalibrationStatus {
    uint8_t system;  // システム全体
    uint8_t gyro;    // ジャイロスコープ
    uint8_t accel;   // 加速度計
    uint8_t mag;     // 磁気計
};

キャリブレーション手順

BNO055は使用前にキャリブレーションが必要です。各センサーのキャリブレーション方法：

1. 磁気計（Magnetometer）

• デバイスを8の字にゆっくりと動かす
• 様々な向きに傾けながら実行
• 磁気的に清浄な環境で行う

2. 加速度計（Accelerometer）

• デバイスを6つの面に静止配置
  • 上面、下面、左面、右面、前面、後面
• 各面で2-3秒間静止させる

3. ジャイロスコープ（Gyroscope）

• デバイスを完全に静止状態で配置
• 振動のない安定した場所を選ぶ
• 数秒間動かさずに待機

トラブルシューティング

初期化失敗

• 原因: 配線不良、電源不足、I²Cアドレス不一致
• 対策:
  • 配線を再確認
  • 電源電圧を確認（3.3V推奨）
  • ADRピンの接続確認

データが取得できない

• 原因: キャリブレーション不足、I²C通信エラー
• 対策:
  • キャリブレーションを完了させる
  • プルアップ抵抗の追加（4.7kΩ推奨）

精度が低い

• 原因: 不完全なキャリブレーション、環境的干渉
• 対策:
  • キャリブレーション手順を正しく実行
  • 磁気的・振動的干渉を除去

サンプルスケッチ

このライブラリには以下のサンプルが含まれています：

1. BNO055_BasicExample.ino: 基本的な使用方法
2. BNO055_CalibrationMonitor.ino: キャリブレーション監視

技術仕様

• 通信プロトコル: I²C（最大400kHz）
• 動作電圧: 2.4V - 3.6V
• 動作温度: -40°C - +85°C
• データ更新レート: 最大100Hz
• 分解能:
  • 加速度: 1mg
  • 角速度: 1°/s
  • 磁気: 1µT
  • オイラー角: 1°

ライセンス

MIT License

貢献

プルリクエストとイシューの報告を歓迎します。

サポート

• GitHub Issues: バグ報告・機能要望
• Wiki: 詳細なドキュメント
• Examples: 実用的なサンプルコード

更新履歴

v1.0.0 (初回リリース)

• BNO055の基本機能実装
• NDOF モードサポート
• キャリブレーション監視機能
• サンプルコード提供