2024/09/3 311

MPU-6050 Veiksmas: praktinis sąrankos, konfigūracijos ir triukšmo valdymo vadovas

Katalogas

Įvadas į MPU-6050

MPU-6050 yra pirmasis pasaulyje integruotas 6 ašių judesio apdorojimo komponentas, kuris integruoja 3 ašių giroskopą, 3 ašių pagreičio matuoklį ir keičiamą skaitmeninio judesio procesorių (DMP).Naudojimo tikslas yra gauti išmatuoto objekto polinkio kampą (pvz., Keturkampį, balansuojantį automobilį) ant x, y ir z ašių, tai yra, žingsnio kampo, ritinio kampo ir posūkio kampo kampas.Mes perskaitėme šešis MPU-6050 (trijų ašių pagreičio AD vertės ir trijų ašių kampinio greičio AD vertės) duomenis per I2C sąsają.Po laikysenos suliejimo apdorojimo galima apskaičiuoti žingsnio, ritinio ir posūkio kampus.Kaip kryptinė matavimo verčių nuoroda, jutiklio koordinačių krypčių apibrėžimas yra toks, kaip parodyta žemiau esančiame paveikslėlyje, kuris laikosi dešinės rankos koordinačių sistemos principo (tai yra, dešinysis nykštys nurodo teigiamą x- kryptįAšis, rodyklė pirštu nurodo teigiamą y ašies kryptį, o vidurinis pirštas nurodo teigiamą z ašies kryptį).

Turėdamas specialų I2C jutiklio magistralę, MPU-6050 gali gauti įvestį tiesiogiai iš išorinio 3 ašies kompaso, pateikdamas visą 9 ašies „Motionfusion ™“ išvestį.Tai pašalina neatitikimo problemą tarp kombinuoto giroskopo ir akceleratoriaus laiko ir žymiai sumažina pakuotės erdvę, palyginti su daugiakomponentiniais sprendimais.Prijungtas prie trijų ašių magnetometro, MPU-60x0 gali pateikti visą 9 ašies judesio suliejimo išvestį į savo pagrindinį I2C arba SPI prievadą (atkreipkite dėmesį, kad SPI prievadas yra tik MPU-6000).

Alternatyvos ir atitikmenys

• AIS328DQTR

• ICM-20689

• MPU-3300

• MPU-6000

• MPU-6500

MPU-6050 gamintojas

MPU-6050 gamintojas yra TDK.Po to, kai du TDK įkūrėjai dr. Yogoro Kato ir Takei Takei išrado feritą Tokijuje, jie įkūrė Tokiją Denkikagaku Kogyo K.K.1935 m. Kaip pasaulinio elektronikos pramonės prekės ženklas, TDK visada išlaikė dominuojančią poziciją elektroninių žaliavų ir elektroninių komponentų srityse.TDK išsamus ir inovacijomis pagrįstas produktų portfelis apima pasyvius komponentus, tokius kaip keramikos kondensatoriai, aliuminio elektrolitiniai kondensatoriai, plėvelės kondensatoriai, magnetiniai produktai, aukšto lygio komponentai, pjezoelektrikos ir apsaugos įrenginiai, taip pat jutiklių ir jutiklių sistemos (tokios kaip temperatūra ir slėgisMagnetiniai ir MEMS jutikliai) ir kt. Be to, TDK taip pat teikia maitinimo šaltinius ir energijos įtaisus, magnetines galvutes ir kitus produktus.Jo produktų prekės ženklai yra TDK, EPCOS, „Invensense“, „Micronas“, „Tronics“ ir „TDK-Lambda“.

MPU-6050 vidinė bloko schema

Tarp jų SCL ir SDA yra IIC sąsajos, sujungtos su MCU, o MCU valdo MPU-6050 per šią IIC sąsają.Taip pat yra IIC sąsaja, būtent aux_cl ir aux_da.Ši sąsaja gali būti naudojama išoriniams vergų įrenginiams, tokiems kaip magnetiniai jutikliai, sujungti, kad būtų suformuotas devynių ašių jutiklis.Vlogic yra IO prievado įtampa.Šis kaištis gali palaikyti mažiausiai 1,8 V.Paprastai jį prijungiame prie VDD.AD0 yra vergo IIC sąsajos adreso valdymo kaištis (prijungtas prie MCU).Šis kaištis kontroliuoja mažiausią IIC adreso bitą.Jei jis yra prijungtas prie GND, MPU-6050 IIC adresas yra 0x68;Jei jis prijungtas prie VDD, tai yra 0x69.Atminkite, kad čia esančiame adrese nėra mažiausias duomenų perdavimo bitas (mažiausias bitas naudojamas reprezentuoti skaitymo ir rašymo operacijas).„MWBALONDSTSTC15“ AD0 yra prijungtas prie GND, taigi MPU-6050 IIC adresas yra 0x68 (išskyrus žemiausią bitą).

Inicijuokite IIC sąsają

MPU-6050 naudoja IIC bendravimui su STC15, todėl pirmiausia turime inicijuoti SDA ir SCL duomenų linijas, prijungtas prie MPU-6050.

Iš naujo nustatykite MPU-6050

Šis žingsnis atkuria visus registrus MPU-6050 viduje pagal numatytąsias vertes, kurios pasiekiamos rašant 1 iki „Power Management Register 1“ (0x6B) 1 bitą.Atlikus atstatymą, „Power Management Register 1“ bus atkurtas iki numatytosios vertės (0x40), ir vėliau šis registras turi būti nustatytas iki 0x00, kad pažadintų MPU-6050 ir būtų įtrauktas į įprastą veikiančią būseną.

Nustatykite viso masto kampinio greičio jutiklio (giros) ir pagreičio jutiklio diapazoną

Šiame etape mes nustatėme viso masto diapazoną (FSR) dviejų jutiklių diapazoną (atitinkamai per giroskopo konfigūracijos registrą (0x1b) ir pagreičio jutiklių konfigūracijos registrą (0x1C).Paprastai viso masto giroskopo diapazoną mes nustatėme iki ± 2000dps, o viso skalės akselerometro diapazoną-± 2G.

Nustatykite kitus parametrus

Čia taip pat turime sukonfigūruoti šiuos parametrus: Išjunkite pertraukimus, išjunkite „Aux I2C“ sąsają, išjunkite FIFO, nustatykite giroskopo mėginių ėmimo greitį ir sukonfigūruokite skaitmeninį žemųjų dažnių filtrą (DLPF).Kadangi mes nenaudojame pertraukimų skaitydami duomenis šiame skyriuje, pertraukimo funkciją reikia išjungti.Tuo pačiu metu, kadangi mes nenaudojame „Aux I2C“ sąsajos, kad sujungtume kitus išorinius jutiklius, mes taip pat turime uždaryti šią sąsają.Šias funkcijas galima valdyti per pertraukimo įjungimo registrą (0x38) ir vartotojo valdymo registrą (0x6a).MPU-6050 gali naudoti FIFO jutiklių duomenims saugoti, tačiau mes jo nenaudojome šiame skyriuje, todėl visus FIFO kanalus reikia uždaryti.Tai galima valdyti per FIFO įgalinimo registrą (0x23).Pagal numatytuosius nustatymus šio registro vertė yra 0 (tai yra, FIFO yra išjungta), todėl mes galime tiesiogiai naudoti numatytąją vertę.Giroskopo mėginių ėmimo greitį kontroliuoja mėginių ėmimo greičio daliklio registras (0x19).Paprastai mes nustatome šį mėginių ėmimo greitį iki 50. Skaitmeninio žemo dažnio filtro (DLPF) konfigūracija baigta per konfigūracijos registrą (0x1a).Paprastai tariant, mes nustatysime DLPF į pusę pralaidumo, kad būtų subalansuotas duomenų tikslumas ir atsako greitis.

Konfigūruokite sistemos laikrodžio šaltinį ir įgalinkite kampinio greičio jutiklį ir pagreičio jutiklį

Sistemos laikrodžio šaltinio nustatymas priklauso nuo galios valdymo registro 1 (0x6b), kur mažiausi trys šio registro bitai lemia laikrodžio šaltinio pasirinkimą.Pagal numatytuosius nustatymus šie trys bitai yra nustatyti iki 0, tai reiškia, kad sistema kaip laikrodžio šaltinis naudoja vidinį 8MHz RC osciliatorių.Tačiau norėdami pagerinti laikrodžio tikslumą, mes dažnai nustatome jį į 1 ir pasirenkame X ašies giroskopo PLL kaip laikrodžio šaltinį.Be to, svarbus inicijavimo proceso žingsnis taip pat yra įjungimas kampinio greičio jutiklio ir pagreičio jutiklio.Abi operacijos įgyvendinamos per „Power Management Register 2“ (0x6C).Tiesiog nustatykite atitinkamą bitą į 0, kad suaktyvintumėte atitinkamą jutiklį.Atlikęs aukščiau pateiktus veiksmus, MPU-6050 gali sudaryti normalią darbo būseną.Tie registrai, kurie nėra specialiai nustatyti, patvirtins numatytąją sistemą iš anksto nustatytą vertę.

Kaip veikia MPU-6050?

Gyro jutiklis

Jutiklyje yra vidinis giroskopas, kuris visada išliks lygiagretus pradinei krypčiai dėl giroskopinio efekto.Todėl mes galime apskaičiuoti sukimosi kryptį ir kampą aptikdami giroskopo nuokrypį nuo pradinės krypties.

Akselerometro jutiklis

Akelerometro jutiklis yra prietaisas, galintis išmatuoti pagreitį ir jis veikia remiantis pjezoelektrinio efekto principu.Pagreičio metu jutiklis matuoja inercinę jėgą, taikomą masės blokui, ir tada apskaičiuoja pagreičio vertę, naudodamas antrąjį Niutono dėsnį.

Skaitmeninio judesio procesorius (DMP)

DMP yra duomenų apdorojimo modulis MPU6050 luste, kuriame yra įmontuotas „Kalman“ filtravimo algoritmas, skirtas duomenų gauti iš giroskopo ir akselerometro jutiklių bei apdoroti išvesties keturkampius.Ši savybė žymiai sumažina periferinio mikroprocesoriaus darbo krūvį ir išvengia varginančio filtravimo ir duomenų suliejimo proceso.

Pastabos:

„Quaternions“: „Quaternions“ yra paprasti superkomplekso numeriai.Sudėtingus skaičius sudaro realūs skaičiai ir įsivaizduojamas I skyrius, kur i^2 = -1.

Kur naudojamas MPU-6050?

• Žaislai

• telefonas ir nešiojamieji žaidimai

• Judėti žaidimų valdikliai

• „BlurFree ™“ technologija (vaizdo/nejudančiam vaizdo stabilizavimui)

• „AirSign ™“ technologija (saugumui/autentifikavimui)

• „momentesture ™ ig ™“ gestų atpažinimas

• Nešiojami sveikatos, kūno rengybos ir sporto jutikliai

• Žaidimo ir programų sistema

• „MotionCommand ™“ technologija (trumpai supjaustyti gestai)

• Vietos paslaugos, lankytini taškai ir miręs skaičiavimas

• 3D nuotolinio valdymo pultas, sujungtas su internete sujungtais DTV ir priedėliais, 3D pelės

• „Touchanywhere ™“ technologija (skirta „No Touch“ UI programos valdymas/naršymas)

MPU-6050 paketas

Kaip sumažinti MPU-6050 triukšmą?

Mes galime pasirinkti šiuos būdus, kaip sumažinti MPU-6050 triukšmą:

Naudokite kalibruotus jutiklius: MPU-6050 akselerometro ir giroskopo kalibravimas gali pašalinti pačių jutiklių paklaidą ir paklaidą, taip sumažinant triukšmo poveikį.Kalibravimo procesą paprastai sudaro du etapai: statinis kalibravimas ir judesio kalibravimas.

Aparatūros filtravimo procesas: Filtrų kondensatorių pridėjimas prie MPU-6050 maitinimo linijos gali sumažinti maitinimo šaltinio triukšmo poveikį jutikliui.Tuo tarpu PCB išdėstymo metu turėtume stengtis, kad MPU-6050 būtų atokiau nuo galimų trukdžių šaltinių, tokių kaip aukšto dažnio signalo linijos ir didelės galios komponentai.

Programinės įrangos filtravimo apdorojimas: Surinkę neapdorotus duomenis iš MPU-6050, galime pridėti programinės įrangos filtravimo nuorodą, kad iš anksto apdorotumėte pradinius duomenis, kad pašalintumėte triukšmo sukeltą trukdymą.Dažniausiai naudojami programinės įrangos filtravimo metodai apima vidutinį filtravimą, mediana filtravimą, Kalmano filtravimą ir pan.

Naudokite vidinį žemųjų dažnių filtrą: MPU-6050 turi vidinį integruotą skaitmeninį žemo dažnio filtrą, kuris gali būti naudojamas siekiant sumažinti aukšto dažnio triukšmą, nustatant jo ribinį dažnį.Tiksliau, mes galime nustatyti skaitmeninio filtro ribinį dažnį, modifikuodami MPU-6050 konfigūracijos registrą, kad būtų pašalintas aukšto dažnio triukšmas, kurį sukelia A/D atranka.

MPU-6050 pagrįstas judesio trajektorijos skaičiavimas

MPU-6050 yra šešių ašių akselerometras ir giroskopo jutiklis, kuris gali būti naudojamas objektų judesiui ir požiūriui matuoti.Judesio trajektorijos skaičiavimą, pagrįstą MPU-6050, galima atlikti šiais veiksmais:

Pirmasis žingsnis yra perskaityti jutiklio duomenis.Turime perskaityti Akelerometro ir giroskopo duomenis iš MPU-6050 jutiklių, naudojant tinkamas tvarkykles ir bibliotekos funkcijas.Šie duomenys paprastai gaunami skaitmeniniu formatu, todėl norint juos konvertuoti į faktinius matavimus fiziniuose vienetuose, reikia tam tikrų konversijų ir kalibravimo darbų.

Antras žingsnis yra apskaičiuoti pagreitį.Pirmiausia turime apdoroti akselerometro duomenis, kad gautume kiekvienos ašies objekto pagreitį.Vėliau, norėdami apskaičiuoti objekto greitį ir poslinkį kiekvienoje ašyje, turime integruoti pagreičio duomenis.Šiame procese dažnai naudojami skaitmeniniai integracijos metodai, tokie kaip Eulerio metodas ar Lunger-Kutta metodas, kad būtų užtikrintas poslinkio skaičiavimų tikslumas.

Trečiasis žingsnis yra apskaičiuoti kampinį greitį.Naudojant gyroskopo duomenis, galima apskaičiuoti kiekvienos ašies kampo greitį kiekvienoje ašyje.Vėlgi, šiuos duomenis reikia kalibruoti ir konvertuoti, kad būtų gautas kampinis greitis faktiniuose fiziniuose vienetuose.

Ketvirtasis žingsnis yra apskaičiuoti sukimąsi.Integruojant kampinio greičio duomenis, galima apskaičiuoti objekto sukimosi kampą kiekvienoje ašyje.Tai galima padaryti naudojant skaitmeninio integracijos metodus, tokius kaip Eulerio metodas arba „Longe-Kutta“ metodas, norint apskaičiuoti kampą.

Penktasis žingsnis yra sujungti duomenis.Mes sujungiame akselerometrų ir giroskopų duomenis, kad gautume išsamią objekto požiūrio ir padėties informaciją.Tai galima padaryti naudojant algoritmus, tokius kaip „Quatatnion“ pagrįstas požiūrio sprendimas arba „Euler“ kampo sprendimas.

Šeštasis žingsnis yra vizualizuoti rezultatus.Apskaičiuoto objekto judesio trajektoriją konvertuojame į 3D koordinačių sistemos taškų rinkinį ir parodome ją naudodami atitinkamus vizualizacijos įrankius intuityviau suprasti objekto judesio trajektoriją ir požiūrio pokyčius.

Dažnai užduodami klausimai [DUK]

1. Ar tikslus yra MPU6050?

Įgyti rezultatai parodė pakankamą mažesnį nei 1 % tikslumą ir patikimumą, užtikrinant tinkamą lifto veleno matmenį ir aukštus keltuvo pramonės standartus.

2. Kaip skaityti duomenis iš MPU6050?

Norėdami perskaityti vidinius MPU6050 registrus, „Master“ siunčia pradžios sąlygą, po to nurodo I2C vergo adresą ir rašymo bitą, o po to bus perskaitytas registro adresas.

3. Kur naudojamas MPU6050?

Nešiojamuose sveikatos stebėjimo, kūno rengybos prietaisų.Dronams ir keturkojams padėties valdyti naudojamas MPU6050.Naudojamas kontroliuojant robotinę ranką.Rankinio gesto valdymo įtaisai.

4. Ar MPU6050 yra IMU?

MPU6050 IMU jutiklio blokas nuskaito duomenis iš MPU-6050 jutiklio, prijungto prie aparatūros.Bloko išėjimo pagreitis, kampinis greitis ir temperatūra išilgai jutiklio ašių.

5. Koks yra MPU6050 apdorojimas?

Tai yra „MPU6050“ borto procesorius, sujungiantis duomenis iš akselerometro ir giroskopo.DMP yra raktas į MPU6050 naudojimą ir vėliau išsamiai paaiškinamas.Kaip ir visuose mikroprocesoriuose, DMP reikia programinės įrangos, kad būtų galima paleisti.