ב- 2024/09/3 287

MPU-6050 בפעולה: מדריך מעשי להתקנה, תצורה וניהול רעש

קָטָלוֹג

מבוא ל- MPU-6050

MPU-6050 הוא רכיב עיבוד התנועה המשולב הראשון בעולם בן 6 צירים, המשלב גירוסקופ 3 צירים, תאוצה של 3 צירים ומעבד תנועה דיגיטלית מדרגית (DMP).המטרה של השימוש בו היא להשיג את זווית הנטייה של האובייקט שיש למדוד (כמו Quadcopter, מכונית איזון) על צירי x, y ו- z, כלומר זווית המגרש, זווית הגלילה וזווית הפיהוקואנו קוראים את ששת הנתונים של MPU-6050 (ערך ההאצה של שלוש צירים וערך מודעות מהירות זוויתית של שלוש צירים) דרך ממשק I2C.לאחר עיבוד היתוך יציבה ניתן לחשב את זוויות המגרש, הגליל והפיה.כהפניה כיוונית לערכי המדידה, ההגדרה של כיוון קואורדינטות החיישן היא כפי שמוצג באיור שלהלן, העוקב אחר העיקרון של מערכת הקואורדינטות הימניות (כלומר, האגודל הימני מצביע על הכיוון החיובי של ה- X-ציר, האצבע המורה מצביעה על הכיוון החיובי של ציר ה- Y, ​​והאצבע האמצעית מצביעה על הכיוון החיובי של ציר ה- Z).

עם אוטובוס חיישני I2C הייעודי שלו, MPU-6050 מסוגל לקבל קלט ישירות ממצפן חיצוני של 3 צירים, ומספק תפוקה מלאה של 9 ציר MotiveFusion ™.זה מבטל את בעיית הפער בין הגירוסקופ המשולב לבין ציר הזמן המאיץ ומפחית משמעותית את שטח האריזה בהשוואה לפתרונות רב-רכיבים.כאשר הוא מחובר למגנטומטר של תלת צירים, MPU-60x0 מסוגל לספק פלט היתוך תנועה מלא של 9 צירים ליציאת ה- I2C או SPI העיקרית שלו (שימו לב כי יציאת ה- SPI זמינה רק ב- MPU-6000).

אלטרנטיבות ושווי ערך

• • AIS328DQTR

• • ICM-20689

• MPU-3300

• • MPU-6000

• • MPU-6500

יצרן MPU-6050

היצרן של MPU-6050 הוא TDK.אחרי שני המייסדים של TDK, ד"ר יוגורו קאטו וטייקי טייקי, המציאו את פריט בטוקיו, הם הקימו את טוקיו דנקיקאקו קוגיו ק.בשנת 1935. כמותג ענפי אלקטרוניקה עולמי, TDK תמיד שמר על מיקום דומיננטי בתחומי חומרי הגלם האלקטרוניים ורכיבים אלקטרוניים.תיק המוצרים המקיף והחדשני של TDK מכסה רכיבים פסיביים כמו קבלים קרמיים, קבלים אלקטרוליטיים אלומיניום, קבלים קולנועיים, מוצרים מגנטיים, רכיבים בתדר גבוה, מכשירי פיזואלקטריים והגנה, כמו גם חיישנים ומערכות חיישנים (כגון טמפרטורה ולחץ, והגנה, כמו גם מערכות חיישנים (כגון טמפרטורה ולחץ, ומערכות לחץ (כגון טמפרטורה (כגון טמפרטורה (כגון טמפרטורה (כגון טמפרטורה (כגון טמפרטורה (טמפרטורה).חיישני מגנטיים ו- MEMS) וכו '. בנוסף, TDK מספקת גם ספקי כוח ומכשירי אנרגיה, ראשים מגנטיים ומוצרים אחרים.מותגי המוצרים שלה כוללים TDK, EPCOS, Invensense, Micronas, Tronics ו- TDK-Lambda.

תרשים בלוק פנימי של MPU-6050

ביניהם, SCL ו- SDA הם ממשקי ה- IIC המחוברים ל- MCU, וה- MCU שולט ב- MPU-6050 דרך ממשק IIC זה.יש גם ממשק IIC, כלומר AUX_CL ו- AUX_DA.ניתן להשתמש בממשק זה לחיבור מכשירי עבדים חיצוניים, כמו חיישנים מגנטיים, ליצירת חיישן תשע ציר.Vlogic הוא מתח יציאת IO.סיכה זו יכולה לתמוך במינימום 1.8 וולט.בדרך כלל אנו מחברים אותו ישירות ל- VDD.AD0 הוא סיכת בקרת הכתובות של ממשק ה- IIC של העבדים (מחובר ל- MCU).סיכה זו שולטת בקטע הנמוך ביותר של כתובת ה- IIC.אם זה מחובר ל- GND, כתובת ה- IIC של MPU-6050 היא 0x68;אם זה מחובר ל- VDD, זה 0x69.שימו לב כי הכתובת כאן אינה כוללת את הסיביות הנמוכות ביותר של העברת נתונים (הסיביות הנמוכה ביותר משמשת לייצוג פעולות קריאה וכתיבה).ב- MwbalancedStc15, AD0 מחובר ל- GND, כך שכתובת ה- IIC של ה- MPU-6050 היא 0x68 (לא כולל הסיבית הנמוכה ביותר).

לאתחל את ממשק ה- IIC

MPU-6050 משתמש ב- IIC כדי לתקשר עם STC15, ולכן עלינו לאתחל את קווי הנתונים SDA ו- SCL המחוברים ל- MPU-6050 תחילה.

אפס MPU-6050

שלב זה משחזר את כל הרישומים בתוך MPU-6050 לערכי ברירת המחדל שלהם, אשר מושגים על ידי כתיבת 1 עד סיב 7 של מרשם ניהול הכוח 1 (0x6b).לאחר האיפוס, פנקס ניהול הכוח 1 ישוחזר לערך ברירת המחדל (0x40), ועל פנקס זה לאחר מכן יוגדר ל- 0x00 כדי להעיר את MPU-6050 ולהכניס אותו למצב עבודה רגיל.

הגדר את הטווח המלא של חיישן המהירות הזוויתית (Gyro) וחיישן האצה

בשלב זה, אנו קובעים את הטווח המלא בקנה מידה מלא (FSR) של שני החיישנים דרך פנקס התצורה של הגירוסקופ (0x1b) ורשם תצורת חיישן ההאצה (0x1c) בהתאמה.בדרך כלל, אנו קובעים את הטווח בקנה מידה מלא של הגירוסקופ ל- ± 2000dps ואת הטווח בקנה מידה מלא של מד תאוצה ל- ± 2G.

הגדר פרמטרים אחרים

כאן עלינו גם להגדיר את התצורה של הפרמטרים הבאים: כיבוי הפרעות, השבת את ממשק AUX I2C, השבת FIFO, הגדר את קצב הדגימה של הגירוסקופ ולהגדיר את המסנן הדיגיטלי של המסנן הנמוך (DLPF).מכיוון שאיננו משתמשים בהפרעות כדי לקרוא נתונים בפרק זה, יש לכבות את פונקציית ההפרעה.יחד עם זאת, מכיוון שאיננו משתמשים בממשק AUX I2C כדי לחבר חיישנים חיצוניים אחרים, עלינו גם לסגור את הממשק הזה.ניתן לשלוט על פונקציות אלה באמצעות פנקס ההפרעה לאפשר (0x38) ורשם בקרת משתמשים (0x6a).MPU-6050 יכול להשתמש ב- FIFO כדי לאחסן נתוני חיישנים, אך לא השתמשנו בהם בפרק זה, ולכן יש לסגור את כל ערוצי ה- FIFO.ניתן לשלוט על כך באמצעות פנקס ה- FIFO Enable (0x23).כברירת מחדל, הערך של פנקס זה הוא 0 (כלומר, FIFO מושבת), כך שנוכל להשתמש ישירות בערך ברירת המחדל.קצב הדגימה של הגירוסקופ נשלט על ידי מרשם מחיצת קצב הדגימה (0x19).בדרך כלל, אנו מגדירים את קצב הדגימה הזה ל 50. התצורה של המסנן הדיגיטלי הנמוך-מעבר (DLPF) הושלמה דרך פנקס התצורה (0x1a).באופן כללי, אנו נקבע את DLPF לחצי רוחב הפס כדי לאזן בין דיוק הנתונים ומהירות התגובה.

קבע את התצורה של מקור שעון המערכת ואפשר את חיישן המהירות הזוויתית וחיישן ההאצה

הגדרת מקור שעון המערכת תלויה בפנקס ניהול הכוח 1 (0x6b), שם שלושת הסיביות הנמוכות ביותר של פנקס זה קובעות את בחירת מקור השעון.כברירת מחדל, שלושת הסיביות הללו מוגדרות ל- 0, מה שאומר שהמערכת משתמשת במתנד ה- RC הפנימי של 8MHz כמקור השעון.עם זאת, על מנת לשפר את דיוק השעון, לעתים קרובות אנו מגדירים אותו ל -1 ובוחרים את הגירוסקופ של ציר ה- X PLL כמקור השעון.בנוסף, הפעלת חיישן המהירות הזוויתית וחיישן ההאצה היא גם צעד חשוב בתהליך האתחול.שתי הפעולות מיושמות באמצעות פנקס ניהול חשמל 2 (0x6C).פשוט הגדר את הסיביות המתאימה ל- 0 להפעלת החיישן המתאים.לאחר השלמת השלבים לעיל, MPU-6050 יכול להזין מצב עבודה רגיל.רישומים שאינם מוגדרים במיוחד יאמצו את ערכי ברירת המחדל שנקבעו מראש על ידי המערכת.

איך עובד ה- MPU-6050?

חיישן ג'יירו

החיישן מצויד בג'יירו בפנים, שתמיד יישאר מקביל לכיוון הראשוני בגלל האפקט הגירוסקופי.לכן אנו יכולים לחשב את הכיוון וזווית הסיבוב על ידי איתור סטיית הג'יירו מהכיוון הראשוני.

חיישן תאוצה

חיישן תאוצה הוא מכשיר שיכול למדוד תאוצה והוא פועל על סמך העיקרון של האפקט הפיזואלקטרי.במהלך ההאצה, החיישן מודד את הכוח האינרציאלי המופעל על גוש המסה ואז מחשב את ערך ההאצה באמצעות החוק השני של ניוטון.

מעבד תנועה דיגיטלית (DMP)

ה- DMP הוא מודול לעיבוד נתונים בשבב MPU6050 שיש לו אלגוריתם סינון קלמן מובנה לרכישת נתונים מחיישני הגירוסקופ ומאצה אצה ועיבוד מרחבי הפלט.תכונה זו מקטינה מאוד את עומס העבודה של המעבד ההיקפי ונמנע מתהליך הסינון והמיזוג הנתונים המייגע.

הערות:

Quaternions: Quaternions הם מספרי SuperComplex פשוטים.מספרים מורכבים מורכבים ממספרים אמיתיים בתוספת היחידה I הדמיון I, שם i^2 = -1.

היכן משתמשים ב- MPU-6050?

• צעצועים

• מכשירי טלפון ומשחקים ניידים

• בקרי משחק מבוססי תנועה

• טכנולוגיית ™ Blurfree (לייצוב וידאו/סטילס תמונות)

• טכנולוגיית ™ Airsign (לאבטחה/אימות)

• זיהוי מחוות ™ IG ™ IG ™

• חיישנים לבישים לבריאות, כושר וספורט

• מסגרת משחק ויישומים המאפשרים תנועה

• טכנולוגיית ™ MotionCommand ™ (עבור קיצורי קיצור מחווה)

• שירותים מבוססי מיקום, נקודות עניין וחישוב מתים

• שלטים מרחוק תלת-ממדיים עבור DTVs המחוברים לאינטרנט ותיבות מוגדרות, עכברים תלת מימדיים

• טכנולוגיית ™ Touchanywhere (עבור "אין מגע" בקרת/ניווט יישומים של ממשק המשתמש)

חבילה של MPU-6050

כיצד להפחית את הרעש של MPU-6050?

אנו יכולים לקחת את הדרכים הבאות להפחתת הרעש של MPU-6050:

השתמש בחיישנים מכוילים: כיול מד האצה והג'ירוסקופ של ה- MPU-6050 יכול לחסל את ההטיה ואת השגיאה של החיישנים עצמם, ובכך להפחית את השפעת הרעש.תהליך הכיול מורכב בדרך כלל משני שלבים: כיול סטטי וכיול תנועה.

תהליך סינון חומרה: הוספת קבלים לסינון לקו הכוח של MPU-6050 יכולה להפחית את ההשפעה של רעש אספקת החשמל על החיישן.בינתיים, במהלך פריסת ה- PCB, עלינו לנסות להרחיק את MPU-6050 ממקורות הפרעות פוטנציאליים, כמו קווי איתות בתדר גבוה ורכיבים בעלי עוצמה גבוהה.

עיבוד סינון תוכנה: לאחר איסוף הנתונים הגולמיים מ- MPU-6050, אנו יכולים להוסיף קישור לסינון תוכנה לעיבוד מראש של הנתונים הראשוניים כדי לבטל הפרעות הנגרמות על ידי רעש.שיטות סינון תוכנה נפוצות כוללות סינון ממוצע, סינון חציוני, סינון קלמן וכן הלאה.

השתמש בפילטר פנימי נמוך-מעבר: ל- MPU-6050 יש פילטר משולב פנימי דיגיטלי נמוך, אשר ניתן להשתמש בו כדי להפחית רעש בתדר גבוה על ידי קביעת תדר הניתוק שלו.באופן ספציפי, אנו יכולים להגדיר את תדר הניתוק של המסנן הדיגיטלי על ידי שינוי פנקס התצורה של MPU-6050 כדי לבטל את הרעש בתדר הגבוה הנגרם כתוצאה מדגימה/D.

חישוב מסלול תנועה מבוסס MPU-6050

MPU-6050 הוא תאוצה של שישה צירים וחיישן גירוסקופ שניתן להשתמש בו למדידת התנועה והגישה של אובייקטים.ניתן לממש את חישוב מסלול התנועה המבוסס על MPU-6050 על ידי הצעדים הבאים:

השלב הראשון הוא לקרוא את נתוני החיישן.עלינו לקרוא את נתוני האצה והג'ירוסקופ מחיישני MPU-6050 באמצעות מנהלי התקנים ופונקציות הספריה המתאימות.נתונים אלה פונים בדרך כלל בפורמט דיגיטלי, ולכן נדרשת עבודות המרה וכיול מסוימות כדי להמיר אותם למדידות בפועל ביחידות פיזיות.

השלב השני הוא לחשב את ההאצה.ראשית, עלינו לעבד את הנתונים מהמד תאוצה כדי להפיק את האצת האובייקט בכל ציר.בהמשך, על מנת לחשב את מהירות ועקירה של האובייקט בכל ציר, עלינו לשלב את נתוני ההאצה.טכניקות אינטגרציה מספריות, כגון שיטת אוילר או שיטת Lunger-Kutta, משמשות לרוב בתהליך זה כדי להבטיח את דיוק חישובי העקירה.

השלב השלישי הוא לחשב את המהירות הזוויתית.באמצעות נתוני גירוסקופ, ניתן לחשב את המהירות הזוויתית של האובייקט בכל ציר.שוב, יש לכייל ולהמיר נתונים אלה כדי להשיג את המהירות הזוויתית ביחידות פיזיות בפועל.

השלב הרביעי הוא לחשב את הסיבוב.על ידי שילוב נתוני המהירות הזוויתית, ניתן לחשב את זווית הסיבוב של האובייקט בכל ציר.ניתן לעשות זאת באמצעות טכניקות אינטגרציה מספריות כמו שיטת אוילר או שיטת Longe-Kutta לחישוב הזווית.

השלב החמישי הוא למזג את הנתונים.אנו משלבים את הנתונים ממאצה ומאיץ גירוסקופים כדי לקבל גישה מלאה ומידע על המיקום של האובייקט.ניתן לעשות זאת באמצעות אלגוריתמים כמו פותר גישה מבוסס Quaternion או פותר זווית אוילר.

השלב השישי הוא לדמיין את התוצאות.אנו ממירים את מסלול תנועת האובייקט המחושב לקבוצת נקודות במערכת קואורדינטות תלת -ממדיות ומציגים אותה באמצעות כלי הדמיה מתאימים להבנה אינטואיטיבית יותר של מסלול התנועה של האובייקט ושינויי הגישה של האובייקט.

שאלות נפוצות [שאלות נפוצות]

1. כמה מדויק MPU6050?

התוצאות שנרכשו הראו דיוק מספיק של פחות מ- 1 % ואמינות, והבטיחו את המימד המתאים של פיר המעלית ואת הסטנדרטים הגבוהים של ענף המעליות.

2. כיצד לקרוא נתונים מ- MPU6050?

לקריאת רישומי MPU6050 הפנימיים, המאסטר שולח תנאי התחלה, ואחריו כתובת העבדים I2C וקטע כתיבה, ואז את כתובת הפנקס שעומדת לקרוא.

3. היכן משתמשים ב- MPU6050?

במכשירי מעקב אחר בריאות לביש, מכשירי מעקב כושר.במל"טים וב- QuadCopters, MPU6050 משמש לבקרת מיקום.משמש לבקרת זרוע רובוטית.מכשירי בקרת מחוות יד.

4. האם MPU6050 הוא IMU?

בלוק חיישן IMU של MPU6050 קורא נתונים מחיישן MPU-6050 המחובר לחומרה.החסימה יוצאת האצה, קצב זוויתי וטמפרטורה לאורך צירי החיישן.

5. מה העיבוד של MPU6050?

זהו המעבד המשולב של MPU6050 המשלב את הנתונים המגיעים מהמד תאוצה והג'ירוסקופ.ה- DMP הוא המפתח לשימוש ב- MPU6050 ומוסבר בפירוט בהמשך.כמו בכל מעבדי המיקרו, DMP זקוק לקושחה כדי לרוץ.