03.09.2024 304

MPU-6050 toiminnassa: Käytännöllinen opas asetuksiin, kokoonpanoihin ja melunhallintaan

Luettelo

Johdanto MPU-6050: een

MPU-6050 on maailman ensimmäinen integroitu 6-akselin liikkeenkäsittelykomponentti, joka integroi 3-akselisen gyroskoopin, 3-akselin kiihtyvyysanturin ja skaalautuvan digitaalisen liikkeen prosessorin (DMP).Sen käytön tarkoituksena on saada mitattavan esineen kallistuskulma (kuten nelikopteri, tasapainottava auto) X-, Y- ja Z -akseleilla, ts. Penke -kulma, rullakulma ja keitekulma kulma.Luimme MPU-6050: n kuusi tietoa (kolmen akselin kiihtyvyyden AD-arvo ja kolmen akselin kulmanopeuden AD-arvo) I2C-rajapinnan kautta.Asennon fuusion käsittelyn jälkeen voidaan laskea sävelkorkeus, rulla- ja kääntökulmat.Mittausarvojen suuntaviitteenä anturin koordinaattisuunnan määritelmä on alla olevan kuvan mukainen, joka seuraa oikeakätisen koordinaattijärjestelmän periaatetta (ts. Oikea peukalo osoittaa X-: n positiiviseen suuntaanAkseli, etusormi osoittaa y-akselin positiiviseen suuntaan ja keskisormi osoittaa Z-akselin positiiviseen suuntaan).

Omistetulla I2C-anturiväylällä MPU-6050 pystyy vastaanottamaan tuloa suoraan ulkoisesta 3-akselikompassista, tarjoamalla täydellisen 9-akselisen liikkeen Fusion ™ -lähtö.Se eliminoi ristiriitaisen ongelman yhdistetyn gyroskoopin ja kiihdyttimen aikajanan välillä ja vähentää merkittävästi pakkaustilaa verrattuna monikomponenttisiin ratkaisuihin.Kun se on kytketty kolmen akselin magnetometriin, MPU-60x0 pystyy tarjoamaan täydellisen 9-akselin liikkeen fuusiotuotannon pää I2C- tai SPI-porttiin (huomaa, että SPI-portti on saatavana vain MPU-6000: lla).

Vaihtoehdot ja vastaavat

Olla AIS328DQTR

Olla ICM-20689

• MPU-3300

Olla MPU-6000

Olla MPU-6500

MPU-6050: n valmistaja

MPU-6050: n valmistaja on TDK.Kahden TDK: n perustajan, tohtori Yogoro Katon ja Tooi Tooin, keksivät Ferriitin Tokiossa, he perustivat Tokyo Denkikagaku Kogyo K.K.Vuonna 1935. Globaalina elektroniikkateollisuusbrändinä TDK on aina pitänyt hallitsevaa asemaa elektronisten raaka -aineiden ja elektronisten komponenttien aloilla.TDK: n kattava ja innovaatiovetoinen tuotevalikoima kattaa passiiviset komponentit, kuten keraamiset kondensaattorit, alumiinielektrolyyttiset kondensaattorit, kalvokondensaattorit, magneettiset tuotteet, korkean taajuuden komponentit, pietsosähköiset ja suojauslaitteet, samoin kuin anturit ja anturit (kuten lämpötila ja paine, paine, paine, paine,Magneettiset ja MEMS -anturit) jne. Lisäksi TDK tarjoaa myös virtalähteet ja energialaitteet, magneettiset päät ja muut tuotteet.Sen tuotemerkkejä ovat TDK, EPCOS, Invensense, Micronat, Tronics ja TDK-Lambda.

MPU-6050: n sisäinen lohkokaavio

Niistä SCL ja SDA ovat IIC-rajapintoja, jotka on kytketty MCU: hon, ja MCU hallitsee MPU-6050: tä tämän IIC-rajapinnan kautta.Siellä on myös IIC -käyttöliittymä, nimittäin aux_cl ja aux_da.Tätä käyttöliittymää voidaan käyttää ulkoisten orjalaitteiden, kuten magneettianturien, yhdistämiseen yhdeksän akselin anturin muodostamiseksi.Vlogic on IO -porttijännite.Tämä nasta voi tukea vähintään 1,8 V.Yhdistämme sen yleensä suoraan VDD: hen.AD0 on orja IIC -rajapinnan osoitteenohjaustappi (kytketty MCU: hon).Tämä PIN -koodi hallitsee IIC -osoitteen alhaisinta bittiä.Jos se on kytketty GND: hen, MPU-6050: n IIC-osoite on 0x68;Jos se on kytketty VDD: hen, se on 0x69.Huomaa, että tässä osoite ei sisällä alhaisinta tiedonsiirtoa (alhaisin bittiä käytetään luku- ja kirjoitustoimintojen edustamiseen).MWBalanceDSTC15: ssä AD0 on kytketty GND: hen, joten MPU-6050: n IIC-osoite on 0x68 (lukuun ottamatta alhaisin bittiä).

Alusta IIC -käyttöliittymä

MPU-6050 käyttää IIC: tä kommunikoidakseen STC15: n kanssa, joten meidän on ensin alustettava SDA- ja SCL-dataviivat, jotka on kytketty ensin MPU-6050: een.

Nollaa MPU-6050

Tämä vaihe palauttaa kaikki rekisterit MPU-6050: n sisällä oletusarvoihinsa, jotka saavutetaan kirjoittamalla 1-7-7-7-7-7 (0x6b) bitti 7.Palautuksen jälkeen virranhallintarekisteri 1 palautetaan oletusarvoon (0x40), ja tämän rekisterin on myöhemmin asetettava arvoon 0x00 MPU-6050: n herättämiseksi ja asetettava se normaaliin työtilaan.

Aseta kulmanopeusanturin (gyro) ja kiihtyvyysanturin täysimittainen alue

Tässä vaiheessa asetamme kahden anturin täysimittaisen alueen (FSR) gyroskoopin konfigurointirekisterin (0x1b) ja kiihtyvyysanturin konfigurointirekisterin (0x1c) kautta.Tyypillisesti asetamme gyroskoopin täysimittaisen alueen ± 2000 dps ja kiihtyvyysmittarin täysimittainen alue ± 2G: ksi.

Aseta muut parametrit

Tässä on myös määritettävä seuraavat parametrit: sammuta keskeytykset, poista AUX I2C -rajapinta käytöstä, poista FIFO käytöstä, aseta gyroskoopin näytteenottotaajuus käytöstä ja määritettävä digitaalinen alhaisen pääsyn suodatin (DLPF).Koska emme käytä keskeytyksiä tietojen lukemiseen tässä luvussa, keskeytystoiminto on kytkettävä pois päältä.Samanaikaisesti, koska emme käytä AUX I2C -liittymää muiden ulkoisten anturien yhdistämiseen, meidän on myös suljettava tämä käyttöliittymä.Näitä toimintoja voidaan hallita COLTRUPT ENABLE REKISTORIA (0x38) ja käyttäjän ohjausrekisterin (0x6a) kautta.MPU-6050 voi käyttää FIFO: ta anturitietojen tallentamiseen, mutta emme ole käyttäneet sitä tässä luvussa, joten kaikki FIFO-kanavat on suljettava.Tätä voidaan ohjata FIFO Enable Registerin (0x23) kautta.Oletusarvoisesti tämän rekisterin arvo on 0 (ts. FIFO on poistettu käytöstä), joten voimme käyttää oletusarvoa suoraan.Gyroskoopin näytteenottoastetta säädetään näytteenottotaajuuden jakajarekisterillä (0x19).Normaalisti asetamme tämän näytteenottotaajuuden arvoon 50. Digitaalisen alhaisen pääsyn suodattimen (DLPF) kokoonpano on valmis konfigurointirekisterin (0x1a) kautta.Yleisesti ottaen asetamme DLPF: n puoleen kaistanleveydestä tasapainottaaksesi tietojen tarkkuutta ja vasteen nopeutta.

Määritä järjestelmän kellolähde ja ota kulmanopeusanturi ja kiihtyvyysanturi käyttöön

Järjestelmäkellolähteen asetus riippuu virranhallintarekisteristä 1 (0x6b), jossa tämän rekisterin kolme alhaisinta bittiä määrittävät kellolähteen valinnan.Oletusarvoisesti nämä kolme bittiä asetetaan arvoon 0, mikä tarkoittaa, että järjestelmä käyttää kellonlähteenä sisäistä 8MHz RC -oskillaattoria.Kellon tarkkuuden parantamiseksi asetamme sen usein arvoon 1 ja valitsemme kellolähteenä x-akselin gyroskooppi PLL.Lisäksi kulmanopeusanturin ja kiihtyvyysanturin mahdollistaminen on myös tärkeä vaihe alustusprosessissa.Molemmat toiminnot toteutetaan virranhallintarekisterin 2 (0x6c) kautta.Aseta vastaava bitti arvoon 0 vain aktivoidaksesi vastaavan anturin.Yllä olevat vaiheet suoritettuaan MPU-6050 voi siirtyä normaaliin työtilaan.Ne rekisterit, jotka eivät ole erityisesti asetettuja, omaksuvat järjestelmän oletusarvot esiasettavat.

Kuinka MPU-6050 toimii?

Gyro -anturi

Anturi on varustettu gyrolla, joka pysyy aina yhdensuuntaisesti alkuperäisen suunnan kanssa gyroskooppisesta vaikutuksesta.Siksi voimme laskea pyörimissuunnan ja kulman havaitsemalla gyron poikkeaman alkuperäisestä suunnasta.

Kiihtyvyysanturi

Kiihtyvyysanturi on laite, joka voi mitata kiihtyvyyttä ja se toimii pietsosähköisen vaikutuksen periaatteen perusteella.Kiihtyvyyden aikana anturi mittaa massalohkoon kohdistetun inertiaalisen voiman ja laskee sitten kiihtyvyysarvon Newtonin toista lakia käyttämällä.

Digitaalinen liikeprosessori (DMP)

DMP on MPU6050-sirun tietojenkäsittelymoduuli, jolla on sisäänrakennettu Kalman-suodatusalgoritmi gyroskoopin ja kiihtyvyysantujen tietojen hankkimiseksi ja lähtökriaatioiden käsittelemiseksi.Tämä ominaisuus vähentää huomattavasti perifeerisen mikroprosessorin työmäärää ja välttää tylsiä suodatus- ja data -fuusioprosessia.

Huomautuksia:

Quaternions: Kvaternionit ovat yksinkertaisia ​​superkompleksinumeroita.Kompleksinumerot koostuvat todellisista numeroista plus kuvitteellinen yksikkö I, missä i^2 = -1.

Missä MPU-6050 käytetään?

• Lelut

• Luuri ja kannettava pelaaminen

• Liikepohjaiset peliohjaimet

• Blurfree ™ -teknologia (video/still -kuvanvakaus)

• AirSign ™ -teknologia (turvallisuutta/todennusta varten)

• INTREMESTESTURE ™ IG ™ -eleen tunnistus

• Pudottavat anturit terveyden, kuntoon ja urheiluun

• Liiketoimintapeli- ja sovelluskehys

• MotionCommand ™ -tekniikka (eleiden oikotiet)

• Sijaintipohjaiset palvelut, kiinnostuksen kohteet ja kuollut laskenta

• 3D-kaukosäätimet Internet-kytkettyihin DTV: iin ja asetettuihin ruutuihin, 3D-hiiriin

• Touchanywherwhere ™ -teknologia (”ei kosketa” käyttöliittymän sovelluksen ohjausta/navigointia varten)

MPU-6050: n paketti

Kuinka vähentää MPU-6050: n melua?

Voimme käyttää seuraavia tapoja vähentää MPU-6050: n melua:

Käytä kalibroidut anturit: MPU-6050: n kiihtyvyysmittarin ja gyroskoopin kalibrointi voi eliminoida itse anturien vääristymisen ja virheen vähentäen siten melun vaikutusta.Kalibrointiprosessi koostuu yleensä kahdesta vaiheesta: staattinen kalibrointi ja liikkeen kalibrointi.

Laitteistosuodatusprosessi: Suodatinkondensaattorien lisääminen MPU-6050: n sähkölinjaan voi vähentää anturin virtalähteen kohinan vaikutusta.Samaan aikaan meidän pitäisi yrittää pitää MPU-6050 poissa mahdollisista häiriölähteistä, kuten korkeataajuussignaalilinjoista ja suuritehoisista komponenteista.

Ohjelmistosuodatuskäsittely: Kun Raakadata on kerätty MPU-6050: stä, voimme lisätä ohjelmiston suodatuslinkin alkutiedot esikäsittelemään kohinan aiheuttamien häiriöiden poistamiseksi.Yleisesti käytettyjä ohjelmistojen suodatusmenetelmiä ovat keskimääräinen suodatus, mediaani suodatus, Kalman -suodatus ja niin edelleen.

Käytä sisäistä alhaisen pääsyn suodatinta: MPU-6050: llä on sisäinen integroitu digitaalinen alhaisen pääsyn suodatin, jota voidaan käyttää vähentämään korkeataajuista kohinaa asettamalla sen rajataajuus.Erityisesti voimme asettaa digitaalisen suodattimen rajataajuuden modifioimalla MPU-6050: n konfigurointi A/D-näytteenoton aiheuttaman korkeataajuisen kohinan poistamiseksi.

MPU-6050-pohjainen liikkeen etenemissuuntainen laskenta

MPU-6050 on kuuden akselin kiihtyvyysanturi ja gyroskooppianturi, jota voidaan käyttää objektien liikkeen ja asenteen mittaamiseen.MPU-6050: een perustuva liikesuuntien laskenta voidaan toteuttaa seuraavilla vaiheilla:

Ensimmäinen askel on lukea anturitiedot.Meidän on luettava MPU-6050-anturien kiihtyvyysanturi- ja gyroskooppitiedot sopivien ohjaimien ja kirjastotoimintojen avulla.Nämä tiedot tulostetaan yleensä digitaalisessa muodossa, joten tarvitaan jonkin verran muuntamista ja kalibrointityötä niiden muuntamiseksi fyysisten yksiköiden todellisiksi mittauksiin.

Toinen vaihe on laskea kiihtyvyys.Ensinnäkin meidän on käsiteltävä tietoja kiihtyvyysmittarista objektin kiihtyvyyden saamiseksi kussakin akselissa.Myöhemmin objektin nopeuden ja siirtymisen laskemiseksi jokaisella akselilla meidän on integroitava kiihtyvyystiedot.Tässä prosessissa käytetään usein numeerisia integraatiotekniikoita, kuten Eulerin menetelmää tai Lunger-Kutta-menetelmää, siirtymälaskelmien tarkkuuden varmistamiseksi.

Kolmas vaihe on laskea kulmanopeus.Käyttämällä gyroskooppitietoja, objektin kulmanopeus kussakin akselissa voidaan laskea.Nämä tiedot on jälleen kalibroitava ja muunnettava kulmanopeuden saamiseksi todellisissa fyysisissä yksiköissä.

Neljäs vaihe on pyörimisen laskeminen.Integroimalla kulmanopeustiedot voidaan laskea objektin kiertokulma kussakin akselissa.Tämä voidaan tehdä käyttämällä numeerisia integraatiotekniikoita, kuten Eulerin menetelmää tai Longe-Kutta-menetelmää kulman laskemiseksi.

Viides askel on yhdistää tiedot.Yhdistämme kiihtyvyysmittarien ja gyroskoopien tiedot objektin täydellisten asenne- ja sijaintitietojen saamiseksi.Tämä voidaan tehdä käyttämällä algoritmeja, kuten kvaternionipohjaista asenneratkaisua tai Euler-kulmanratkaisijaa.

Kuudes vaihe on tulosten visualisointi.Muunnamme lasketun objektin liikkeen etenemissuunnan 3D -koordinaattijärjestelmän pistejoukkoksi ja näytämme sen käyttämällä sopivia visualisointityökaluja intuitiivisempaan ymmärtämiseen objektin liikkeen etenemissuunnasta ja asenteen muutoksista.

Usein kysyttyjä kysymyksiä [UKK]

1. Kuinka tarkka on MPU6050?

Hankitut tulokset osoittivat riittävän tarkkuuden alle 1 %: n ja luotettavuuden varmistaen hissin akselin ja hissiteollisuuden korkeiden standardien asianmukaisen mittauksen.

2. Kuinka lukea tietoja MPU6050: stä?

Lukeaksesi sisäiset MPU6050 -rekisterit, isäntä lähettää aloitusedellytyksen, jota seuraa I2C -orjaosoite ja kirjoitusbitti ja sitten luettava rekisteriosoite.

3. Missä MPU6050 käytetään?

Kukkulaitteiden puettavissa terveydenhuollon seurannassa.Droneissa ja kvadkoptereissa MPU6050: tä käytetään asennon hallintaan.Käytetään robottivarren hallinnassa.Käsien eleiden hallintalaitteet.

4. Onko MPU6050 IMU?

MPU6050 IMU -anturilohko lukee laitteistoon kytkettyjen MPU-6050-anturin tietoja.Lohko tuottaa kiihtyvyyden, kulmanopeuden ja lämpötilan anturin akseleita pitkin.

5. Mikä on MPU6050: n käsittely?

Tämä on MPU6050: n aluksella oleva prosessori, joka yhdistää kiihtyvyysmittarista ja gyroskoopista tulevat tiedot.DMP on avain MPU6050: n käyttämiseen ja selitetään yksityiskohtaisesti myöhemmin.Kuten kaikkien mikroprosessorien kohdalla, DMP tarvitsee laiteohjelmiston suorittaakseen.