2024/09/3 -en 300

MPU-6050 akcióban: Gyakorlati útmutató a beállításhoz, a konfigurációhoz és a zajkezeléshez

Katalógus

Bevezetés az MPU-6050-be

MPU-6050 a világ első integrált 6 tengelyes mozgásfeldolgozó komponense, amely integrálja a 3 tengelyes giroszkópot, a 3 tengelyes gyorsulásmérőt és a skálázható digitális mozgásprocesszorot (DMP).Annak felhasználásának célja az, hogy a mérni kívánt objektum dőlési szögét (például egy quadcopter, egy kiegyensúlyozó autót) az x, y és z tengelyeken, azaz a hangmagasság szögét, a gördülő szöget és az ásító szöget.-Az I2C interfészen keresztül elolvassuk az MPU-6050 (háromtengelyes gyorsulási hirdetési érték és háromtengelyes szögsebesség-hirdetési érték) hat adatait.A testtartás fúziós feldolgozása után kiszámítható a hangmagasság, a tekercs és a tekercs szöge.A mérési értékek irányított referenciájaként az érzékelő koordináta irányának meghatározása az alábbi ábrán látható, amely a jobbkezes koordinátarendszer elvét követi (vagyis a jobb hüvelykujj az X- pozitív irányra mutattengely, az mutatóujj az y tengely pozitív irányára mutat, és a középső ujj a z-tengely pozitív irányára mutat.

A dedikált I2C érzékelő busszal az MPU-6050 képes közvetlenül egy külső 3 tengelyes iránytűből, amely teljes 9 tengelyes MotionFusion ™ kimenetet biztosít.Kiküszöböli a kombinált giroszkóp és a gyorsító ütemterv közötti eltérési problémát, és jelentősen csökkenti a csomagolási helyet a többkomponensű oldatokhoz képest.Ha egy háromtengelyes magnetométerhez van csatlakoztatva, az MPU-60X0 képes teljes 9 tengelyes mozgásfúziós kimenetet biztosítani a Main I2C vagy SPI portjához (vegye figyelembe, hogy az SPI port csak az MPU-6000-en érhető el).

Alternatívák és ekvivalensek

• AIS328DQTR

• ICM-20689

• MPU-3300

• MPU-6000

• MPU-6500

MPU-6050 gyártója

Az MPU-6050 gyártója TDK.Miután a TDK két alapítója, Dr. Yogoro Kato és Takei Takei feltalálta a Ferritet Tokióban, alapították Tokyo Denkikagaku Kogyo K.K.1935 -ben. Globális elektronikai ipar márkaként a TDK mindig domináns pozíciót tartott az elektronikus alapanyagok és az elektronikus alkatrészek területén.A TDK átfogó és innováció által vezérelt termékportfóliója olyan passzív alkatrészeket fed le, mint a kerámia kondenzátorok, az alumínium elektrolit kondenzátorok, a filmkondenzátorok, a mágneses termékek, a magas frekvenciájú alkatrészek, a piezoelektromos és védelmi eszközök, valamint az érzékelők és az érzékelők (például a hőmérséklet és a nyomás, például a nyomás és a nyomásMágneses és MEMS érzékelők) stb. Ezenkívül a TDK tápegységeket és energiakészülékeket, mágneses fejeket és egyéb termékeket is biztosít.Termékmárkái között szerepel a TDK, az EPCOS, az Invensense, a Micronas, a Tronics és a TDK-Lambda.

Az MPU-6050 belső blokkdiagramja

Közülük az SCL és az SDA az MCU-hoz csatlakoztatott IIC interfészek, és az MCU ezen a IIC felületen keresztül vezérli az MPU-6050-et.Van egy IIC interfész is, nevezetesen aux_cl és aux_da.Ez a felület felhasználható a külső rabszolga eszközök, például a mágneses érzékelők csatlakoztatására, hogy kilenc tengelyes érzékelőt képezzenek.A vlogic az IO port feszültsége.Ez a PIN -kód legalább 1,8 V -ot képes támogatni.Általában közvetlenül csatlakoztatjuk a VDD -hez.Az AD0 a rabszolga IIC interfész címvezérlő csapja (csatlakoztatva az MCU -hoz).Ez a PIN -kód vezérli a IIC cím legalacsonyabb részét.Ha csatlakozik a GND-hez, akkor az MPU-6050 IIC címe 0x68;Ha csatlakozik a VDD -hez, akkor 0x69.Felhívjuk figyelmét, hogy az itt található cím nem tartalmazza a legalacsonyabb adatátvitelt (a legalacsonyabb bit az olvasási és írási műveletek ábrázolására).Az MWBALancedSTC15-en az AD0 csatlakozik a GND-hez, tehát az MPU-6050 IIC címe 0x68 (a legalacsonyabb bit kivételével).

Inicializálja a IIC felületet

Az MPU-6050 az IIC-t használja az STC15-mel való kommunikációhoz, ezért először inicializálnunk kell az MPU-6050-hez csatlakoztatott SDA és SCL adatvonalakat.

Reset MPU-6050

Ez a lépés visszaállítja az MPU-6050 összes nyilvántartását az alapértelmezett értékekhez, amelyet az 1. (0x6B) teljesítménykezelési regiszter 7. bitjére írva érnek el.A visszaállítás után az 1. energiagazdálkodási nyilvántartást az alapértelmezett értékre (0x40) kell visszaállítani, és ezt a nyilvántartást később 0x00-ra kell állítani, hogy felébreszthesse az MPU-6050-et, és normál működő állapotba kerüljön.

Állítsa be a szögsebesség-érzékelő (giroszkóp) és a gyorsulási érzékelő teljes skálájának tartományát

Ebben a lépésben beállítjuk a két érzékelő teljes skálájú tartományát (FSR) a Gyroscope konfigurációs regiszter (0x1B) és a gyorsulás-érzékelő konfigurációs regiszter (0x1C) segítségével.Általában a giroszkóp teljes skálájú tartományát ± 2000 dps-re és a gyorsulásmérő teljes skálájára ± 2G-re állítjuk.

Állítsa be az egyéb paramétereket

Itt a következő paramétereket is konfigurálnunk kell: Kapcsolja ki a megszakításokat, tiltsa le az AUX I2C interfészt, tiltsa le a FIFO-t, állítsa be a giroszkóp mintavételi sebességét, és konfigurálja a digitális alacsony áteresztési szűrőt (DLPF).Mivel nem használjuk a megszakításokat az adatok olvasásához ebben a fejezetben, a megszakító funkciót ki kell kapcsolni.Ugyanakkor, mivel nem az AUX I2C felületet használjuk más külső érzékelők csatlakoztatásához, be kell zárnunk ezt a felületet is.Ezeket a funkciókat a megszakítás engedélyezési regiszter (0x38) és a felhasználói vezérlő regiszter (0x6a) segítségével lehet szabályozni.Az MPU-6050 felhasználhatja a FIFO-t az érzékelő adatok tárolására, de ebben a fejezetben nem használtuk, tehát minden FIFO csatornát bezárni kell.Ez a FIFO Enable Register (0x23) segítségével vezérelhető.Alapértelmezés szerint a regiszter értéke 0 (azaz a FIFO le van tiltva), így az alapértelmezett értéket közvetlenül használhatjuk.A giroszkóp mintavételi sebességét a mintavételi sebesség -elválasztó nyilvántartás (0x19) szabályozza.Általában ezt a mintavételi sebességet 50-re állítjuk. A digitális aluláteresztő szűrő (DLPF) konfigurációja a konfigurációs nyilvántartáson (0x1a) fejeződik be.Általánosságban elmondható, hogy a DLPF -et a sávszélesség felére állítjuk, hogy kiegyensúlyozzuk az adatok pontosságát és a válaszsebességet.

Konfigurálja a rendszer óraforrását, és engedélyezze a szögsebesség -érzékelőt és a gyorsulási érzékelőt

A rendszer óraforrásának beállítása az 1 (0x6b) energiagazdálkodási nyilvántartástól függ, ahol a regiszter legalacsonyabb három bitje határozza meg az óraforrás kiválasztását.Alapértelmezés szerint ez a három bit 0 -ra van állítva, ami azt jelenti, hogy a rendszer a belső 8MHz -es RC oszcillátort használja az óraforrásként.Az óra pontosságának javítása érdekében azonban gyakran 1-re állítjuk, és az x tengelyes giroszkóp PLL-t választjuk az óraforrásként.Ezenkívül a szögsebesség -érzékelő és a gyorsulási érzékelő engedélyezése szintén fontos lépés az inicializálási folyamatban.Mindkét műveletet a Power Management 2 (0x6C) keresztül hajtják végre.Egyszerűen állítsa a megfelelő bitet 0 -ra a megfelelő érzékelő aktiválásához.A fenti lépések elvégzése után az MPU-6050 beírhatja a normál működési állapotot.Azok a nyilvántartások, amelyek nem állnak rendelkezésre, a rendszer által előre beállított alapértelmezett értékeket fogadják el.

Hogyan működik az MPU-6050?

Giroszérzékelő

Az érzékelő egy giroszkóppal van felszerelve, amely a giroszkópos hatás miatt mindig párhuzamosan marad a kezdeti irányba.Ezért kiszámolhatjuk a forgási irányt és a forgási szöget, ha észleljük a giroszkóp kezdeti irányát.

Gyorsulásmérő -érzékelő

A gyorsulásmérő -érzékelő olyan eszköz, amely képes mérni a gyorsulást, és a piezoelektromos hatás elvén alapul.A gyorsulás során az érzékelő méri a tömegblokkra alkalmazott inerciális erőt, majd a Newton második törvényének felhasználásával kiszámítja a gyorsulási értéket.

Digitális mozgásprocesszor (DMP)

A DMP egy adatfeldolgozó modul az MPU6050 chipben, amely beépített Kalman szűrő algoritmussal rendelkezik az adatok megszerzésére a giroszkóp és a gyorsulásmérő érzékelőktől, valamint a kimeneti kvaternionok feldolgozására.Ez a szolgáltatás nagymértékben csökkenti a perifériás mikroprocesszor munkaterhelését, és elkerüli az unalmas szűrési és adatfúziós folyamatot.

Megjegyzések:

Quaternions: A kvaternerok egyszerű szuperkomplex számok.A komplex számok valós számokból és a képzeletbeli I egységből állnak, ahol i^2 = -1.

Hol használják az MPU-6050-et?

• Játékok

• A kézibeszélő és a hordozható játék

• Mozgás alapú játékvezérlők

• Blurfree ™ technológia (videó/csendes képstabilizáláshoz)

• Az AirSign ™ technológia (a biztonság/hitelesítéshez)

• Instantgesture ™ IG ™ gesztusfelismerés

• Hordható érzékelők az egészségre, a fitneszre és a sportra

• Mozgás-kompatibilis játék- és alkalmazáskeretrendszer

• A MotionCommand ™ technológia (gesztus rövidítésekhez)

• Helyalapú szolgáltatások, érdekes pontok és halott számolás

• 3D távvezérlők az internethez csatlakoztatott DTV-khez és a set-top dobozokhoz, 3D egerekhez

• A TouchAnywhere ™ technológia (a „No Touch” UI alkalmazásvezérléshez/navigációhoz)

Az MPU-6050 csomagja

Hogyan lehet csökkenteni az MPU-6050 zaját?

A következő módszereket tehetjük meg az MPU-6050 zajának csökkentésére:

Használjon kalibrált érzékelőket: Az MPU-6050 gyorsulásmérő és giroszkóp kalibrálása kiküszöböli maguk az érzékelők torzulását és hibáját, ezáltal csökkentve a zaj hatását.A kalibrációs folyamat általában két szakaszból áll: statikus kalibrálás és mozgás kalibrálás.

Hardverszűrési folyamat: A szűrőkondenzátorok hozzáadása az MPU-6050 tápvezetékéhez csökkentheti a tápegység zajának az érzékelőre gyakorolt ​​hatását.Időközben a PCB elrendezése során meg kell próbálnunk tartani az MPU-6050-et a potenciális interferenciaforrásoktól, például a magas frekvenciájú jelvonalaktól és a nagy teljesítményű alkatrészektől.

Szoftverszűrés feldolgozása: A nyers adatok összegyűjtése után az MPU-6050-ből hozzáadhatunk egy szoftverszűrő linket a kezdeti adatok előkészítéséhez a zaj által kiváltott interferencia kiküszöbölésére.Az általánosan használt szoftverszűrési módszerek közé tartozik az átlagos szűrés, a medián szűrés, a Kalman szűrés stb.

Használjon belső aluláteresztő szűrőt: Az MPU-6050 belső integrált digitális alacsony áteresztési szűrővel rendelkezik, amely felhasználható a nagyfrekvenciás zaj csökkentésére a küszöbfrekvenciájának beállításával.Pontosabban, beállíthatjuk a digitális szűrő küszöbfrekvenciáját az MPU-6050 konfigurációs regiszterének módosításával, hogy kiküszöböljük az A/D mintavétel által okozott nagyfrekvenciás zajt.

MPU-6050-alapú mozgási pálya kiszámítása

Az MPU-6050 egy hattengelyes gyorsulásmérő és giroszkópérzékelő, amely felhasználható a tárgyak mozgásának és hozzáállásának mérésére.Az MPU-6050-en alapuló mozgási pálya számítása a következő lépésekkel valósítható meg:

Az első lépés az érzékelő adatok olvasása.El kell olvasnunk a gyorsulásmérő és a giroszkóp adatait az MPU-6050 érzékelőktől a megfelelő illesztőprogramok és könyvtári funkciók felhasználásával.Ezeket az adatokat általában digitális formátumban adják ki, tehát néhány konverziós és kalibrációs munkára van szükség ahhoz, hogy azokat fizikai egységek tényleges méréseire konvertálják.

A második lépés a gyorsulás kiszámítása.Először fel kell dolgoznunk a gyorsulásmérőből származó adatokat, hogy az objektum gyorsulását az egyes tengelyekben levezetjük.Ezt követően az objektum sebességének és elmozdulásának kiszámításához az egyes tengelyekben be kell integrálnunk a gyorsulási adatokat.A numerikus integrációs technikákat, például az Euler-módszert vagy a Lunger-Kutta módszert gyakran használják ebben a folyamatban az elmozdulás számításának pontosságának biztosítása érdekében.

A harmadik lépés a szögsebesség kiszámítása.A giroszkópos adatok felhasználásával kiszámítható az objektum szögsebessége az egyes tengelyekben.Ezeket az adatokat ismét kalibrálni és átalakítani, hogy a tényleges fizikai egységek szögsebességét elérjék.

A negyedik lépés a forgás kiszámítása.A szögsebesség -adatok integrálásával kiszámítható az objektum forgási szöge az egyes tengelyekben.Ez megtehető numerikus integrációs technikákkal, például Euler-módszerrel vagy a szög kiszámításához a Longe-Kutta módszerrel.

Az ötödik lépés az adatok egyesítése.Kombináljuk a gyorsulásmérőkből és a giroszkópokból származó adatokat, hogy teljes hozzáállást és helyzetinformációt szerezzünk az objektumból.Ez megtehető algoritmusok, például kvaterner-alapú hozzáállás-megoldó vagy Euler Angle Solver felhasználásával.

A hatodik lépés az eredmények megjelenítése.A kiszámított objektummozgás -mozgási pályát egy 3D -s koordinátarendszer pontkészletévé konvertáljuk, és azt megfelelő megjelenítő eszközökkel jelenítjük meg, hogy az objektum mozgáspályája és a hozzáállás változásainak intuitívabb megértése legyen.

Gyakran feltett kérdések [GYIK]

1. Mennyire pontos az MPU6050?

A megszerzett eredmények elegendő pontosságot mutattak az 1 % -nál kevesebb és a megbízhatóságot, biztosítva a lift tengelyének megfelelő méretezését és az emelőipar magas színvonalát.

2. Hogyan lehet olvasni az MPU6050 adatokat?

A belső MPU6050 nyilvántartások elolvasásához a Mester kezdési feltételeket küld, majd az I2C rabszolga címét és egy írási bitet, majd a regisztrációs címet, amelyet el fog olvasni.

3. Hol használják az MPU6050 -et?

A hordható egészségkövető, fitneszkövető eszközökben.Drónokban és quadcopterekben az MPU6050 -et használják a pozícióvezérléshez.A robotkar vezérléséhez használják.Kézi gesztusvezérlő eszközök.

4. Az MPU6050 IMU?

Az MPU6050 IMU érzékelő blokk az MPU-6050 érzékelő adatait olvassa el, amely a hardverhez van csatlakoztatva.A blokk kimenetele a gyorsulást, a szögsebességet és a hőmérsékletet az érzékelő tengelye mentén.

5. Mi az MPU6050 feldolgozása?

Ez az MPU6050 fedélzeti processzor, amely ötvözi a gyorsulásmérőből és a giroszkópból származó adatokat.A DMP az MPU6050 használatának kulcsa, és később részletesen ismertetjük.Mint minden mikroprocesszornál, a DMP -nek firmware -re van szüksége a futtatáshoz.