na 2024/09/3 310

MPU-6050 u akciji: Praktični vodič za postavljanje, konfiguraciju i upravljanje bukom

Katalog

Uvod u MPU-6050

MPU-6050 je prva integrirana komponenta za obradu kretanja sa 6 osi, koja integrira 3-osi žiroskop, 3-osi akcelerometar i skalabilni procesor digitalnog pokreta (DMP).Svrha korištenja je da se mjeri nagibni kut objekta (kao što je četverokut, automobil uravnoteženja) na osi x, y i z, to jest kut nagiba, kut kotrljanja i kut yaw.Pročitali smo šest podataka MPU-6050 (Troosjedni AD AD vrijednost i troosna vrijednost AD kutne brzine) putem I2C sučelja.Nakon obrade fuzije držanja, mogu se izračunati kut nagiba, kotrljanja i zijanja.Kao usmjerena referenca za mjerne vrijednosti, definicija smjera koordinata senzora prikazana je na slici ispod, što slijedi princip desnog koordinatnog sustava (to jest, desni palac upućuje na pozitivan smjer X-Os, kažiprst pokazuje na pozitivan smjer osi Y, a srednji prst pokazuje na pozitivan smjer Z-osi).

Sa svojim posvećenim i2c senzorskim sabirnicom, MPU-6050 može primiti ulaz izravno iz vanjskog kompasa od 3 osi, pružajući puni 9-osi MotionFusion ™ izlaz.Eliminira problem odstupanja između kombinirane vremenske trake žiroskopa i akceleratora i značajno smanjuje prostor za pakiranje u usporedbi s višekomponentnim rješenjima.Kada je spojen na troosni magnetometar, MPU-60X0 može pružiti potpuni izlaz Fusion Fusion u 9 osi u svoj glavni I2C ili SPI priključak (imajte na umu da je SPI priključak dostupan samo na MPU-6000).

Alternative i ekvivalenti

• AIS328DQTR

• ICM-20689

• MPU-3300

• MPU-6000

• MPU-6500

Proizvođač MPU-6050

Proizvođač MPU-6050 je TDK.Nakon dvojice osnivača TDK -a, dr. Yogoro Kato i Takei Takei, izumili ferit u Tokiju, osnovali su Tokio Denkikagaku Kogyo K.K.1935. Kao globalna brend industrije elektronike, TDK je uvijek održavao dominantan položaj u područjima elektroničkih sirovina i elektroničkih komponenti.TDK-ov sveobuhvatni i inovacijski portfelj proizvoda obuhvaća pasivne komponente kao što su keramički kondenzatori, aluminijski elektrolitički kondenzatori, filmski kondenzatori, magnetski proizvodi, komponente visokofrekvencije, piezoelektrični i zaštitni uređaji, kao i senzorski i senzorski sustavi (kao što su temperaturni i tlačni sustavi, kao što su temperaturni i senzorski sustavi, kao što su temperaturni i senzorski sustavi, kao što su temperaturni i senzorski sustavi (kao što su temperaturni i senzorski sustavi, kao i senzorski sustavi (kao što su temperaturni i senzorski sustavi (kao što su temperaturni i senzorski sustavi, kao i senzorski sustavi, kao i senzorski sustavi (kao što su temperature i osjetnici, kao i senzorski sustavi (kao što su temperaturni i zaštitni sustavi (Magnetska i MEMS senzori) itd. Osim toga, TDK također nudi opskrbu napajanjem i energetskim uređajima, magnetske glave i drugih proizvoda.Njegovi marke proizvodi uključuju TDK, EPCOS, InvensenSense, Micronas, Tronics i TDK-Lambda.

Unutarnji blok dijagram MPU-6050

Među njima su SCL i SDA IIC sučelja povezana s MCU-om, a MCU kontrolira MPU-6050 kroz ovo IIC sučelje.Tu je i IIC sučelje, naime aux_cl i aux_da.Ovo sučelje može se koristiti za povezivanje vanjskih robovskih uređaja, poput magnetskih senzora, kako bi se stvorio senzor od devet osi.VlogIC je napon IO porta.Ovaj pin može podržati najmanje 1,8V.Obično ga povezujemo izravno s VDD -om.AD0 je kontrolni pin adrese sučelja Slave IIC (spojen na MCU).Ovaj pin kontrolira najniži dio IIC adrese.Ako je povezan s GND-om, IIC adresa MPU-6050 je 0x68;Ako je povezan s VDD -om, to je 0x69.Imajte na umu da adresa ovdje ne uključuje najniži zalogaj podataka (najniži bit se koristi za predstavljanje operacija čitanja i pisanja).Na MWBalancedSTC15, AD0 je povezan s GND-om, tako da je IIC adresa MPU-6050 je 0x68 (isključujući najniži bit).

Inicijalizirajte IIC sučelje

MPU-6050 koristi IIC za komunikaciju sa STC15, tako da moramo prvo inicijalizirati SDA i SCL linije podataka povezane s MPU-6050.

Poništi MPU-6050

Ovaj korak vraća sve registre unutar MPU-6050 u svoje zadane vrijednosti, što se postiže pisanjem 1 do Bit 7 Registra upravljanja napajanjem 1 (0x6b).Nakon resetiranja, Registar upravljanja napajanjem 1 bit će vraćen u zadanu vrijednost (0x40), a ovaj se registar mora naknadno postaviti na 0x00 kako bi se probudio MPU-6050 i stavio ga u normalno radno stanje.

Postavite cjelokupni raspon senzora kutne brzine (Gyro) i senzora ubrzanja

U ovom smo koraku postavili raspon punih razmjera (FSR) dva senzora putem registra konfiguracije gyroscope (0x1b) i registar konfiguracije senzora ubrzanja (0x1c).Obično smo postavili cjelokupni raspon žiroskopa na ± 2000dps i puni raspon akcelerometra na ± 2G.

Postavite druge parametre

Ovdje također moramo konfigurirati sljedeće parametre: isključiti prekide, onemogućiti AUX I2C sučelje, onemogućiti FIFO, postaviti brzinu uzorkovanja žiroskopa i konfigurirati digitalni filter s niskim prolazom (DLPF).Budući da ne koristimo prekide za čitanje podataka u ovom poglavlju, funkcija prekida treba isključiti.U isto vrijeme, budući da ne koristimo AUX I2C sučelje za povezivanje drugih vanjskih senzora, također moramo zatvoriti ovo sučelje.Ove se funkcije mogu kontrolirati putem registra prekida Enable (0x38) i registra korisničkog upravljanja (0x6A).MPU-6050 može koristiti FIFO za pohranjivanje podataka o senzoru, ali mi ih nismo koristili u ovom poglavlju, tako da svi FIFO kanali moraju biti zatvoreni.To se može kontrolirati putem registra FIFO Enable (0x23).Prema zadanim postavkama, vrijednost ovog registra je 0 (to jest, FIFO je onemogućen), tako da možemo izravno koristiti zadanu vrijednost.Brzina uzorkovanja žiroskopa kontrolira se registar razdjelnika brzine uzorkovanja (0x19).Obično smo postavili ovu brzinu uzorkovanja na 50. Konfiguracija digitalnog filtra niskog prolaza (DLPF) dovršava se putem registra konfiguracije (0x1A).Općenito govoreći, postavit ćemo DLPF na pola propusne širine kako bismo uravnotežili točnost podataka i brzinu odgovora.

Konfigurirajte izvor sustava sustava i omogućite senzor kutne brzine i senzor ubrzanja

Postavljanje izvora sustava sustava ovisi o registru upravljanja napajanjem 1 (0x6b), gdje najniža tri bita ovog registra određuju odabir izvora sata.Prema zadanim postavkama, ova tri bita postavljena su na 0, što znači da sustav koristi unutarnji 8MHz RC oscilator kao izvor sata.Međutim, da bismo poboljšali točnost sata, često ga postavljamo na 1 i odaberemo X-osi Gyroscope PLL kao izvor sata.Pored toga, omogućavanje senzora kutne brzine i senzora ubrzanja također je važan korak u procesu inicijalizacije.Obje operacije provode se putem registra upravljanja napajanjem 2 (0x6c).Jednostavno postavite odgovarajući bit na 0 da aktivira odgovarajući senzor.Nakon dovršetka gornjih koraka, MPU-6050 može ući u normalan radni status.Oni registri koji nisu posebno postavljeni usvojit će zadane vrijednosti unaprijed postavljene od strane sustava.

Kako djeluje MPU-6050?

Senzor

Senzor je opremljen girovom iznutra, što će uvijek ostati paralelno s početnim smjerom zbog žiroskopskog učinka.Stoga možemo izračunati smjer i kut rotacije otkrivanjem odstupanja giro od početnog smjera.

Senzor akcelerometra

Senzor akcelerometra je uređaj koji može mjeriti ubrzanje i djeluje na temelju principa piezoelektričnog učinka.Tijekom ubrzanja, senzor mjeri inercijalnu silu primijenjenu na masovni blok, a zatim izračunava vrijednost ubrzanja pomoću Newtonovog drugog zakona.

Digitalni procesor pokreta (DMP)

DMP je modul za obradu podataka u MPU6050 čipu koji ima ugrađeni Kalmanov algoritam filtriranja za prikupljanje podataka iz senzora žiroskopa i akcelerometra i obradu izlaznih kvartera.Ova značajka uvelike smanjuje radno opterećenje perifernog mikroprocesora i izbjegava zamorni postupak filtriranja i fuzije podataka.

Bilješke:

Kvaternioni: Kvaternioni su jednostavni brojevi superkompleksa.Složeni brojevi sastoje se od stvarnih brojeva plus imaginarne jedinice I, gdje je i^2 = -1.

Gdje se koristi MPU-6050?

• Igračke

• Slušalica i prijenosna igra

• kontroleri igara temeljeni na pokretima

• Blurfree ™ tehnologija (za stabilizaciju video/mirne slike)

• AIRSIGN ™ tehnologija (za sigurnost/provjeru autentičnosti)

• InstantGesterure ™ IG ™ prepoznavanje geste

• nosivi senzori za zdravlje, fitness i sport

• Okvir igre i aplikacija koji omogućuje pokret

• Tehnologija MotionCommand ™ (za geste kratkog reza)

• Usluge, točke interesa temeljene na lokaciji i mrtvo računanje

• 3D daljinski upravljači za DTV-ove i set-top kutije povezane s Internetom, 3D miševi

• Tehnologija TotchAnywhere ™ (za UI kontrola aplikacije "bez dodira")

Paket MPU-6050

Kako smanjiti buku MPU-6050?

Možemo uzeti sljedeće načine da smanjimo buku MPU-6050:

Koristite kalibrirane senzore: Kalibracija akcelerometra i žiroskop MPU-6050 može ukloniti pristranost i pogrešku samih senzora, smanjujući na taj način učinak buke.Proces kalibracije obično se sastoji od dvije faze: statičko umjeravanje i umjeravanje pokreta.

Postupak filtriranja hardvera: Dodavanje filtriranih kondenzatora u dalekoj liniji MPU-6050 može smanjiti utjecaj buke napajanja na senzor.U međuvremenu, tijekom izgleda PCB-a trebali bismo pokušati spriječiti MPU-6050 od potencijalnih izvora smetnji, poput visokofrekventnih signalnih linija i komponenti velike snage.

Obrada filtriranja softvera: Nakon prikupljanja neobrađenih podataka s MPU-6050, možemo dodati vezu za filtriranje softvera u prethodno obradu početnih podataka za uklanjanje smetnji izazvane bukom.Obično korištene metode filtriranja softvera uključuju srednje filtriranje, medijalno filtriranje, filtriranje Kalmana i tako dalje.

Koristite unutarnji filter s niskim prolazom: MPU-6050 ima unutarnji integrirani digitalni filter s niskim prolazom, koji se može koristiti za smanjenje visokofrekventne buke postavljanjem njegove frekvencije.Konkretno, možemo postaviti frekvenciju odsjeka digitalnog filtra mijenjanjem registra Config MPU-6050 kako bismo uklonili visokofrekventnu buku uzrokovanu uzorkovanjem A/D.

MPU-6050 izračunavanje putanje pokreta

MPU-6050 je šestoosni senzor akcelerometra i žiroskopa koji se može koristiti za mjerenje kretanja i stava objekata.Izračun putanja kretanja temeljen na MPU-6050 može se realizirati sljedećim koracima:

Prvi korak je čitanje podataka senzora.Moramo pročitati podatke akcelerometra i žiroskopa sa senzora MPU-6050 koristeći odgovarajuće upravljačke programe i bibliotečke funkcije.Ovi se podaci obično izlaze u digitalnom formatu, pa su potrebni neki radovi na pretvorbi i kalibraciji kako bi se pretvorila u stvarne mjerenja u fizičkim jedinicama.

Drugi je korak izračunavanje ubrzanja.Prvo moramo obraditi podatke s akcelerometra kako bismo dobili ubrzanje objekta u svakoj osi.Nakon toga, da bismo izračunali brzinu i pomak objekta u svakoj osi, moramo integrirati podatke o ubrzanju.Tehnike numeričke integracije, poput Eulerove metode ili Lunger-Kutta metode, često se koriste u ovom procesu kako bi se osigurala točnost izračunavanja pomaka.

Treći je korak izračunavanje kutne brzine.Koristeći se podacima o žiroskopu, može se izračunati kutna brzina objekta u svakoj osi.Opet, ove podatke treba kalibrirati i pretvoriti kako bi se dobila kutna brzina u stvarnim fizičkim jedinicama.

Četvrti korak je izračunavanje rotacije.Integriranjem podataka o kutnoj brzini može se izračunati kut rotacije objekta u svakoj osi.To se može učiniti pomoću numeričkih tehnika integracije kao što je Eulerova metoda ili Longe-Kutta metoda za izračunavanje kuta.

Peti korak je spajanje podataka.Kombiniramo podatke iz akcelerometara i žiroskopa kako bismo dobili potpuni stav i informacije o položaju objekta.To se može učiniti pomoću algoritama kao što su solver stava na temelju kvarteniona ili Eulerova kutna solver.

Šesti korak je vizualiziranje rezultata.Izračunani put pokreta objekta pretvaramo u skup točaka u 3D koordinatnom sustavu i prikazujemo je pomoću odgovarajućih alata za vizualizaciju za intuitivnije razumijevanje putanja pokreta i promjena stava.

Često postavljana pitanja [FAQ]

1. Koliko je točan MPU6050?

Stečeni rezultati pokazali su dovoljnu točnost manju od 1 % i pouzdanost, osiguravajući pravilno dimenzioniranje osovine dizala i visokih standarda industrije dizala.

2. Kako čitati podatke s MPU6050?

Da bi pročitao interne registre MPU6050, majstor šalje uvjet početka, nakon čega slijedi i2c slave adresa i bit za pisanje, a zatim adresa registra koja će se pročitati.

3. Gdje se koristi MPU6050?

U nošenju zdravstvenog praćenja, uređaja za praćenje fitnessa.U dronovima i quadcopterima MPU6050 se koristi za kontrolu položaja.Koristi se u kontroli robotske ruke.Uređaji za kontrolu geste ruke.

4. Je li MPU6050 IMU?

Blok senzora MPU6050 IMU čita podatke iz MPU-6050 senzora koji je spojen na hardver.Blok izlazi ubrzanje, kutna brzina i temperatura duž osi senzora.

5. Koja je obrada MPU6050?

Ovo je MPU6050 -ov ugrađeni procesor koji kombinira podatke koji dolaze iz akcelerometra i žiroskopa.DMP je ključ za upotrebu MPU6050 i detaljno je objašnjeno kasnije.Kao i kod svih mikroprocesora, DMP je potreban firmver kako bi se pokrenuo.