2024/09/3'te 314

MPU-6050 Eylemde: Kurulum, Yapılandırma ve Gürültü Yönetimi için Pratik Kılavuz

Katalog

MPU-6050'ye giriş

MPU-6050 3 eksenli jiroskop, 3 eksenli ivmeölçer ve ölçeklenebilir bir dijital hareket işlemcisi (DMP) entegre eden dünyanın ilk entegre 6 eksenli hareket işleme bileşenidir.Bunu kullanmanın amacı, x, y ve z eksenlerinde ölçülecek nesnenin eğim açısını (quadcopter, dengeleyici bir araba gibi) elde etmektir, yani zift açısı, rulo açısı ve sapma açısı.I2C arayüzü aracılığıyla MPU-6050'nin (üç eksenli hızlanma AD değeri ve üç eksenli açısal hız AD değeri) altı verisini okuduk.Duruş füzyon işleminden sonra, perde, rulo ve sapma açıları hesaplanabilir.Ölçüm değerleri için yönlü bir referans olarak, sensör koordinat yönünün tanımı aşağıdaki şekilde gösterildiği gibidir, bu da sağ elini kullanan koordinat sisteminin prensibini izleyen (yani, sağ başparmağı x- pozitif yönünü gösterir.Eksen, işaret parmağı y ekseninin pozitif yönünü gösterir ve orta parmak Z ekseninin pozitif yönünü gösterir).

Özel I2C sensör veri yolu ile MPU-6050, tam 9 eksenli MotionFusion ™ çıkışı sağlayarak doğrudan harici bir 3 eksenli pusuladan giriş alabilir.Birleşik jiroskop ve hızlandırıcı zaman çizelgesi arasındaki tutarsızlık problemini ortadan kaldırır ve çok bileşenli çözeltilere kıyasla ambalaj alanını önemli ölçüde azaltır.Üç eksenli bir manyetometreye bağlandığında, MPU-60x0, ana I2C veya SPI bağlantı noktasına tam 9 eksenli hareket füzyon çıkışı sağlayabilir (SPI bağlantı noktasının yalnızca MPU-6000'de kullanılabilir olduğunu unutmayın).

Alternatifler ve eşdeğerler

• AIS328DQTR

• ICM-20689

• MPU-3300

• MPU-6000

• MPU-6500

MPU-6050 üreticisi

MPU-6050 üreticisi TDK'dır.TDK'nın iki kurucusu Dr. Yogoro Kato ve Takei Takei, Tokyo'da ferrit icat ettikten sonra Tokyo Denkikagaku Kogyo K.K.Küresel elektronik endüstrisi markası olarak TDK, elektronik hammadde ve elektronik bileşen alanlarında her zaman baskın bir pozisyon sürdürmüştür.TDK'nın kapsamlı ve inovasyon odaklı ürün portföyü, seramik kapasitörler, alüminyum elektrolitik kapasitörler, film kapasitörleri, manyetik ürünler, yüksek frekanslı bileşenler, piezoelektrik ve koruma cihazlarının yanı sıra sensörler ve sensör sistemleri (sıcaklık ve basınç gibi, sıcaklık ve basınç gibi pasif bileşenleri kapsar.Manyetik ve MEMS sensörleri vb. Ayrıca, TDK ayrıca güç kaynakları ve enerji cihazları, manyetik kafalar ve diğer ürünler de sağlar.Ürün markaları arasında TDK, EPCOS, Invense, Micronas, Tronics ve TDK-Lambda bulunmaktadır.

MPU-6050'nin dahili blok diyagramı

Bunlar arasında SCL ve SDA, MCU'ya bağlı IIC arayüzleridir ve MCU, bu IIC arayüzü aracılığıyla MPU-6050'yi kontrol eder.Ayrıca AUX_CL ve AUX_DA gibi bir IIC arayüzü de vardır.Bu arayüz, dokuz eksenli bir sensör oluşturmak için manyetik sensörler gibi harici köle cihazlarını bağlamak için kullanılabilir.Vlogic, IO bağlantı noktası voltajıdır.Bu pim minimum 1.8V destekleyebilir.Genellikle doğrudan VDD'ye bağlarız.AD0, köle IIC arayüzünün (MCU'ya bağlı) adres kontrol pimidir.Bu pim, IIC adresinin en düşük bitini kontrol eder.GND'ye bağlıysa, MPU-6050'nin IIC adresi 0x68'dir;VDD'ye bağlıysa, 0x69'dur.Buradaki adresin en düşük veri iletimini içermediğini lütfen unutmayın (en düşük bit, okuma ve yazma işlemlerini temsil etmek için kullanılır).MWALANCEDSTC15'te AD0 GND'ye bağlanır, bu nedenle MPU-6050'nin IIC adresi 0x68'dir (en düşük bit hariç).

IIC arayüzünü başlatın

MPU-6050, STC15 ile iletişim kurmak için IIC kullanır, bu nedenle önce MPU-6050'ye bağlı SDA ve SCL veri hatlarını başlatmamız gerekir.

MPU-6050'yi sıfırla

Bu adım, MPU-6050 içindeki tüm kayıtları varsayılan değerlerine geri yükler, bu da Güç Yönetimi Kayıt 1'in (0x6b) 1 ila 7 ila 7 ila 7 yazarak elde edilir.Sıfırlamadan sonra, Güç Yönetimi Kayıt 1 varsayılan değere (0x40) geri yüklenecek ve bu kayıt daha sonra MPU-6050'yi uyandırmak ve normal bir çalışma durumuna koymak için 0x00 olarak ayarlanmalıdır.

Açısal hız sensörünün (Gyro) ve ivme sensörünün tam ölçekli aralığını ayarlayın

Bu adımda, iki sensörün tam ölçekli aralığını (FSR) sırasıyla Gyroscope Configuration Sicili (0x1b) ve Hızlanma Sensörü Yapılandırma Kaydı (0x1c) aracılığıyla ayarladık.Tipik olarak, jiroskopun tam ölçekli aralığını ± 2000DPS'ye ve ivmeölçerin tam ölçekli aralığını ± 2G'ye ayarladık.

Diğer parametreleri ayarlayın

Burada da aşağıdaki parametreleri yapılandırmamız gerekir: kesintileri kapatın, AUX I2C arabirimini devre dışı bırakın, FIFO'yu devre dışı bırakın, jiroskop örnekleme hızını ayarlayın ve dijital düşük geçiş filtresini (DLPF) yapılandırın.Bu bölümdeki verileri okumak için kesintiler kullanmadığımız için, kesme işlevinin kapatılması gerekir.Aynı zamanda, diğer harici sensörleri bağlamak için AUX I2C arayüzünü kullanmadığımız için, bu arayüzü de kapatmamız gerekir.Bu işlevler Kesme Etkin Kayıt (0x38) ve Kullanıcı Kontrol Kayıt (0x6A) aracılığıyla kontrol edilebilir.MPU-6050 sensör verilerini depolamak için FIFO kullanabilir, ancak bu bölümde kullanmadık, bu nedenle tüm FIFO kanallarının kapatılması gerekir.Bu, FIFO etkin kayıt (0x23) aracılığıyla kontrol edilebilir.Varsayılan olarak, bu kaydın değeri 0'dır (yani FIFO devre dışı bırakılır), böylece varsayılan değeri doğrudan kullanabiliriz.Jiroskopun örnekleme oranı örnekleme oranı bölücü kaydı (0x19) tarafından kontrol edilir.Normalde, bu örnekleme hızını 50'ye ayarladık. Dijital düşük geçiş filtresinin (DLPF) yapılandırması yapılandırma kaydı (0x1a) aracılığıyla tamamlandı.Genel olarak, veri doğruluğunu ve yanıt hızını dengelemek için DLPF'yi bant genişliğinin yarısına ayarlayacağız.

Sistem saat kaynağını yapılandırın ve açısal hız sensörü ve ivme sensörünü etkinleştirin

Sistem saat kaynağının ayarı, bu kaydın en düşük üç bitinin saat kaynağının seçimini belirlediği güç yönetimi kaydı 1'e (0x6b) bağlıdır.Varsayılan olarak, bu üç bit 0 olarak ayarlanmıştır, yani sistem saat kaynağı olarak dahili 8MHz RC osilatörünü kullanır.Bununla birlikte, saat doğruluğunu artırmak için genellikle 1 olarak ayarladık ve saat kaynağı olarak X ekseni jiroskop PLL'sini seçtik.Ek olarak, açısal hız sensörünün ve hızlanma sensörünün etkinleştirilmesi de başlatma işleminde önemli bir adımdır.Her iki işlem de Power Management Register 2 (0x6c) aracılığıyla uygulanır.İlgili sensörü etkinleştirmek için karşılık gelen biti 0 olarak ayarlayın.Yukarıdaki adımları tamamladıktan sonra, MPU-6050 normal çalışma durumuna girebilir.Özel olarak ayarlanmayan kayıtlar, sistem tarafından önceden ayarlanmış varsayılan değerleri benimseyecektir.

MPU-6050 nasıl çalışır?

Giros sensörü

Sensör, jiroskopik etki nedeniyle her zaman başlangıç ​​yönüne paralel kalacak bir jiroskop ile donatılmıştır.Bu nedenle, gyro'nun başlangıç ​​yönünden sapmasını tespit ederek dönme yönünü ve açısını hesaplayabiliriz.

İvmeölçer sensörü

Bir ivmeölçer sensörü, ivmeyi ölçebilen bir cihazdır ve piezoelektrik etki prensibine göre çalışır.Hızlanma sırasında, sensör kütle bloğuna uygulanan atalet kuvvetini ölçer ve daha sonra Newton'un ikinci yasasını kullanarak ivme değerini hesaplar.

Dijital Hareket İşlemcisi (DMP)

DMP, MPU6050 çipinde, jiroskop ve ivmeölçer sensörlerinden veri almak ve çıkış kuaterniyonlarını işlemek için yerleşik Kalman filtreleme algoritmasına sahip bir veri işleme modülüdür.Bu özellik, periferik mikroişlemcinin iş yükünü büyük ölçüde azaltır ve sıkıcı filtreleme ve veri füzyon sürecini önler.

Notlar:

Kuaterniyonlar: Kuaterniyonlar basit süper kompleks numaralarıdır.Karmaşık sayılar gerçek sayılardan artı I^2 = -1 burada hayali birimden oluşur.

MPU-6050 nerede kullanılır?

• Oyuncaklar

• Ahiz ve taşınabilir oyun

• Harekete dayalı oyun denetleyicileri

• Blurfree ™ teknolojisi (video/hareketsiz görüntü stabilizasyonu için)

• AirSign ™ teknolojisi (güvenlik/kimlik doğrulama için)

• Instantgesture ™ IG ™ jest tanıma

• Sağlık, fitness ve spor için giyilebilir sensörler

• Hareket özellikli oyun ve uygulama çerçevesi

• MotionCommand ™ teknolojisi (jest kısa kesimleri için)

• Konuma dayalı hizmetler, ilgi çekici noktalar ve ölü hesaplaşma

• İnternet bağlantılı DTV'ler ve set üstü kutular için 3D uzaktan kumanda, 3D fareler

• Touchanywhere ™ teknolojisi (“dokunma yok” UI uygulama kontrolü/navigasyon için)

MPU-6050 Paketi

MPU-6050'nin gürültüsünü nasıl azaltılır?

MPU-6050'nin gürültüsünü azaltmak için aşağıdaki yolları alabiliriz:

Kalibre edilmiş sensörleri kullanın: MPU-6050'nin ivmeölçer ve jiroskopunun kalibre edilmesi, sensörlerin yanlılığını ve hatasını ortadan kaldırabilir ve böylece gürültünün etkisini azaltabilir.Kalibrasyon işlemi genellikle iki aşamadan oluşur: statik kalibrasyon ve hareket kalibrasyonu.

Donanım filtreleme işlemi: MPU-6050'nin güç hattına filtre kapasitörleri eklemek, güç kaynağı gürültüsünün sensör üzerindeki etkisini azaltabilir.Bu arada, PCB düzeni sırasında, MPU-6050'yi yüksek frekanslı sinyal çizgileri ve yüksek güç bileşenleri gibi potansiyel parazit kaynaklarından uzak tutmaya çalışmalıyız.

Yazılım Filtreleme İşleme: MPU-6050'den ham verileri topladıktan sonra, gürültü kaynaklı paraziti ortadan kaldırmak için ilk verileri önceden işlemek için bir yazılım filtreleme bağlantısı ekleyebiliriz.Yaygın olarak kullanılan yazılım filtreleme yöntemleri ortalama filtreleme, medyan filtreleme, Kalman filtreleme vb.

Dahili düşük geçişli filtreyi kullanın: MPU-6050, kesme frekansını ayarlayarak yüksek frekanslı gürültüyü azaltmak için kullanılabilen dahili entegre bir dijital düşük geçiş filtresine sahiptir.Özellikle, A/D örneklemesinin neden olduğu yüksek frekanslı gürültüyü ortadan kaldırmak için MPU-6050'nin yapılandırma kaydını değiştirerek dijital filtrenin kesme frekansını ayarlayabiliriz.

MPU-6050 tabanlı hareket yörüngesi hesaplaması

MPU-6050, nesnelerin hareketini ve tutumunu ölçmek için kullanılabilen altı eksenli ivmeölçer ve jiroskop sensörüdür.MPU-6050'ye dayanan hareket yörüngesi hesaplaması aşağıdaki adımlarla gerçekleştirilebilir:

İlk adım sensör verilerini okumaktır.Uygun sürücüler ve kütüphane işlevlerini kullanarak MPU-6050 sensörlerinden ivmeölçer ve jiroskop verilerini okumalıyız.Bu veriler genellikle dijital bir formatta verilir, bu nedenle bunları fiziksel birimlerdeki gerçek ölçümlere dönüştürmek için bazı dönüşüm ve kalibrasyon çalışmaları gereklidir.

İkinci adım ivmeyi hesaplamaktır.İlk olarak, nesnenin her eksende hızlanmasını türetmek için ivmeölçerden verileri işlememiz gerekir.Daha sonra, nesnenin her eksende hızını ve yer değiştirmesini hesaplamak için, ivme verilerini entegre etmemiz gerekir.Euler yöntemi veya Lunger-Kutta yöntemi gibi sayısal entegrasyon teknikleri, yer değiştirme hesaplamalarının doğruluğunu sağlamak için genellikle bu işlemde kullanılır.

Üçüncü adım, açısal hızı hesaplamaktır.Jiroskop verileri kullanılarak, her eksende nesnenin açısal hızı hesaplanabilir.Yine, bu verilerin gerçek fiziksel birimlerde açısal hızı elde etmek için kalibre edilmesi ve dönüştürülmesi gerekir.

Dördüncü adım, dönüşü hesaplamaktır.Açısal hız verilerini entegre ederek, nesnenin her eksende dönme açısı hesaplanabilir.Bu, açıyı hesaplamak için Euler yöntemi veya Longe-Kutta yöntemi gibi sayısal entegrasyon teknikleri kullanılarak yapılabilir.

Beşinci adım verileri birleştirmektir.Nesnenin tam tutum ve konum bilgilerini elde etmek için ivmeölçerlerden ve jiroskoplardan alınan verileri birleştiriyoruz.Bu, kuaterniyon tabanlı tutum çözücü veya Euler açı çözücü gibi algoritmalar kullanılarak yapılabilir.

Altıncı adım, sonuçları görselleştirmektir.Hesaplanan nesne hareket yörüngesini bir 3D koordinat sistemindeki bir dizi noktaya dönüştürüyoruz ve nesnenin hareket yörüngesi ve tutum değişiklikleri hakkında daha sezgisel bir anlayış için uygun görselleştirme araçlarını kullanarak gösteriyoruz.

Sık sorulan sorular [SSS]

1. MPU6050 ne kadar doğru?

Kazanılan sonuçlar, asansör şaftının ve asansör endüstrisinin yüksek standartlarının uygun şekilde boyutlandırılmasını sağlayarak % 1'den az ve güvenilirlik yeterli doğruluk göstermiştir.

2. MPU6050'den veri nasıl okunur?

Dahili MPU6050 kayıtlarını okumak için, master bir başlangıç ​​koşulu, ardından I2C köle adresi ve bir yazma biti ve ardından okunacak kayıt adresi gönderir.

3. MPU6050 nerede kullanılır?

Giyilebilir sağlık izleme, fitness izleme cihazlarında.Drone ve quadcopterlerde, MPU6050 konum kontrolü için kullanılır.Robotik kolu kontrol etmede kullanılır.El hareketi kontrol cihazları.

4. MPU6050 bir IMU mu?

MPU6050 IMU sensörü bloğu, donanıma bağlı MPU-6050 sensöründen verileri okur.Blok, sensörün eksenleri boyunca hızlanma, açısal hız ve sıcaklık çıkarır.

5. MPU6050'nin işlenmesi nedir?

Bu, ivmeölçer ve jiroskoptan gelen verileri birleştiren MPU6050'nin yerleşik işlemcisidir.DMP, MPU6050'yi kullanmanın anahtarıdır ve daha sonra ayrıntılı olarak açıklanır.Tüm mikroişlemcilerde olduğu gibi DMP'nin çalışması için ürün yazılımına ihtiyaç duyar.