در 2024/09/3 294

MPU-6050 در عمل: راهنمای عملی برای تنظیم ، پیکربندی و مدیریت سر و صدا

کاتالوگ

آشنایی با MPU-6050

MPU-6050 اولین مؤلفه پردازش حرکت 6 محور جهان است که یک ژیروسکوپ 3 محوره ، شتاب سنج 3 محور و یک پردازنده حرکت دیجیتال مقیاس پذیر (DMP) را ادغام می کند.هدف استفاده از آن ، بدست آوردن زاویه تمایل شیء برای اندازه گیری (مانند کوادکوپتر ، یک ماشین متعادل) در محورهای X ، Y و Z است ، یعنی زاویه زمین ، زاویه رول و زاویه خمیازهبشرما شش داده MPU-6050 (مقدار AD شتاب سه محور و مقدار تبلیغ سرعت زاویه ای سه محور) را از طریق رابط I2C می خوانیم.پس از پردازش همجوشی وضعیت ، زاویه های زمین ، رول و خمیازه را می توان محاسبه کرد.به عنوان یک مرجع جهت برای مقادیر اندازه گیری ، تعریف جهت هماهنگی سنسور همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است ، که از اصل سیستم مختصات دست راست استفاده می شود (یعنی انگشت شست راست به جهت مثبت X- اشاره می کندمحور ، انگشت شاخص به جهت مثبت محور y اشاره می کند و انگشت میانی به جهت مثبت محور z اشاره می کند).

MPU-6050 با داشتن اتوبوس اختصاصی I2C خود ، قادر به دریافت مستقیم از یک قطب نما 3 محور خارجی است و یک خروجی کامل 9 محوره MotionFusion را ارائه می دهد.این اختلاف اختلاف بین ژیروسکوپ ترکیبی و جدول زمانی شتاب دهنده را از بین می برد و فضای بسته بندی را در مقایسه با راه حل های چند جزء به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.هنگامی که به یک مغناطیس سنج سه محور وصل می شود ، MPU-60X0 قادر است خروجی کامل فیوژن حرکت 9 محوره را به درگاه اصلی I2C یا SPI خود ارائه دهد (توجه داشته باشید که درگاه SPI فقط در MPU-6000 موجود است).

گزینه ها و معادل ها

• AIS328DQTR

• ICM-20689

• MPU-3300

• MPU-6000

• MPU-6500

تولید کننده MPU-6050

تولید کننده MPU-6050 TDK است.پس از دو بنیانگذار TDK ، دکتر یوگورو کاتو و تکی تکی ، فریت را در توکیو اختراع کردند ، آنها توکیو Denkikagaku Kogyo K.K را تأسیس کردند.در سال 1935. به عنوان یک مارک جهانی صنعت الکترونیک ، TDK همواره موقعیت غالب را در زمینه های مواد اولیه الکترونیکی و اجزای الکترونیکی حفظ کرده است.پرتفوی محصولات جامع و نوآوری TDK ، اجزای منفعل مانند خازن های سرامیکی ، خازن های الکترولیتی آلومینیومی ، خازن های فیلم ، محصولات مغناطیسی ، اجزای با فرکانس بالا ، دستگاه های پیزوالکتریک و حفاظت و همچنین سنسورها و سیستم های سنسور را پوشش می دهد (مانند دما و فشار ، فشار ،سنسورهای مغناطیسی و MEMS) و غیره. علاوه بر این ، TDK همچنین منبع تغذیه و دستگاه های انرژی ، سرهای مغناطیسی و سایر محصولات را تأمین می کند.مارک های محصول آن شامل TDK ، EPCOS ، Invensense ، Micronas ، Tronics و TDK-Lambda است.

نمودار بلوک داخلی MPU-6050

در میان آنها ، SCL و SDA رابط های IIC متصل به MCU هستند و MCU MPU-6050 را از طریق این رابط IIC کنترل می کند.همچنین یک رابط IIC ، یعنی AUX_CL و AUX_DA وجود دارد.این رابط می تواند برای اتصال دستگاه های برده خارجی مانند سنسورهای مغناطیسی برای تشکیل یک سنسور نه محور استفاده شود.Vlogic ولتاژ بندر IO است.این پین می تواند حداقل 1.8 ولت را پشتیبانی کند.ما معمولاً آن را مستقیماً به VDD وصل می کنیم.AD0 پین کنترل آدرس رابط IIC برده (متصل به MCU) است.این پین کمترین آدرس IIC را کنترل می کند.اگر به GND وصل شود ، آدرس IIC MPU-6050 0x68 است.اگر به VDD وصل شود ، 0x69 است.لطفاً توجه داشته باشید که آدرس در اینجا کمترین بیت انتقال داده را شامل نمی شود (کمترین بیت برای نشان دادن عملیات خواندن و نوشتن استفاده می شود).در MWBalancedStc15 ، AD0 به GND وصل می شود ، بنابراین آدرس IIC MPU-6050 0x68 است (به استثنای کمترین بیت).

رابط IIC را اولیه کنید

MPU-6050 از IIC برای برقراری ارتباط با STC15 استفاده می کند ، بنابراین ما باید ابتدا خطوط داده SDA و SCL را که ابتدا به MPU-6050 متصل شده است ، اولیه کنیم.

تنظیم مجدد MPU-6050

این مرحله تمام ثبت های موجود در MPU-6050 را به مقادیر پیش فرض آنها بازیابی می کند ، که با نوشتن 1 تا بیت 7 از ثبت مدیریت انرژی 1 (0x6b) حاصل می شود.پس از تنظیم مجدد ، ثبت مدیریت برق 1 به مقدار پیش فرض (0x40) بازگردانده می شود ، و این ثبت نام متعاقباً باید روی 0x00 تنظیم شود تا MPU-6050 از خواب بیدار شود و آن را در حالت عادی قرار دهد.

دامنه کامل در مقیاس سنسور سرعت زاویه ای (GYRO) و سنسور شتاب را تنظیم کنید

در این مرحله ، ما به ترتیب دامنه کامل (FSR) دو سنسور را از طریق ثبت پیکربندی ژیروسکوپ (0x1b) و ثبت پیکربندی سنسور شتاب (0x1c) تنظیم می کنیم.به طور معمول ، ما دامنه تمام مقیاس ژیروسکوپ را به 2000000 پوند و دامنه کامل شتاب سنج به 2 گرم تبدیل می کنیم.

پارامترهای دیگر را تنظیم کنید

در اینجا ، ما همچنین باید پارامترهای زیر را پیکربندی کنیم: وقفه ها را خاموش کنید ، رابط AUX I2C را غیرفعال کنید ، FIFO را غیرفعال کنید ، میزان نمونه برداری ژیروسکوپ را تنظیم کنید و فیلتر کم گذر دیجیتال (DLPF) را پیکربندی کنید.از آنجا که ما از وقفه ها برای خواندن داده ها در این فصل استفاده نمی کنیم ، عملکرد قطع باید خاموش شود.در عین حال ، از آنجا که ما از رابط AUX I2C برای اتصال سایر سنسورهای خارجی استفاده نمی کنیم ، باید این رابط را نیز ببندیم.این توابع را می توان از طریق ثبت نام Enable Enable (0x38) و ثبت کنترل کاربر (0x6a) کنترل کرد.MPU-6050 می تواند از FIFO برای ذخیره داده های سنسور استفاده کند ، اما ما در این فصل از آن استفاده نکرده ایم ، بنابراین تمام کانال های FIFO باید بسته شوند.این می تواند از طریق ثبت نام FIFO Enable (0x23) کنترل شود.به طور پیش فرض ، مقدار این رجیستر 0 است (یعنی FIFO غیرفعال است) ، بنابراین می توانیم مستقیماً از مقدار پیش فرض استفاده کنیم.میزان نمونه برداری ژیروسکوپ توسط ثبت تقسیم نرخ نمونه گیری (0x19) کنترل می شود.به طور معمول ، ما این نرخ نمونه برداری را روی 50 قرار می دهیم. پیکربندی فیلتر کم گذر دیجیتال (DLPF) از طریق ثبت پیکربندی (0x1a) تکمیل می شود.به طور کلی ، ما DLPF را به نیمی از پهنای باند تنظیم خواهیم کرد تا دقت داده ها و سرعت پاسخ را متعادل کنیم.

منبع ساعت سیستم را پیکربندی کرده و سنسور سرعت زاویه ای و سنسور شتاب را فعال کنید

تنظیم منبع ساعت سیستم به ثبت مدیریت انرژی 1 (0x6b) بستگی دارد ، جایی که کمترین سه بیت این ثبت نام انتخاب منبع ساعت را تعیین می کند.به طور پیش فرض ، این سه بیت روی 0 تنظیم شده است ، به این معنی که سیستم از نوسان ساز داخلی 8MHz RC به عنوان منبع ساعت استفاده می کند.با این حال ، به منظور بهبود دقت ساعت ، ما اغلب آن را روی 1 قرار می دهیم و ژیروسکوپ PLL محور x را به عنوان منبع ساعت انتخاب می کنیم.علاوه بر این ، فعال کردن سنسور سرعت زاویه ای و سنسور شتاب نیز یک گام مهم در فرآیند اولیه سازی است.هر دو عمل از طریق ثبت مدیریت انرژی 2 (0x6c) اجرا می شوند.به سادگی بیت مربوطه را روی 0 تنظیم کنید تا سنسور مربوطه را فعال کنید.پس از اتمام مراحل فوق ، MPU-6050 می تواند وضعیت کار عادی را وارد کند.آن دسته از ثبت هایی که به طور خاص تنظیم نشده اند ، مقادیر پیش فرض از پیش تعیین شده توسط سیستم را اتخاذ می کنند.

MPU-6050 چگونه کار می کند؟

سنسور ژیرو

این سنسور مجهز به یک ژیرو در داخل است که به دلیل اثر ژیروسکوپی همیشه موازی با جهت اولیه خواهد بود.بنابراین ، ما می توانیم با تشخیص انحراف ژیرو از جهت اولیه ، جهت و زاویه چرخش را محاسبه کنیم.

سنسور شتاب سنج

سنسور شتاب سنج وسیله ای است که می تواند شتاب را اندازه گیری کند و بر اساس اصل اثر پیزو الکتریک کار می کند.در حین شتاب ، سنسور نیروی اینرسی را که روی بلوک جرم اعمال می شود ، اندازه گیری می کند و سپس با استفاده از قانون دوم نیوتن مقدار شتاب را محاسبه می کند.

پردازنده حرکت دیجیتال (DMP)

DMP یک ماژول پردازش داده در تراشه MPU6050 است که دارای یک الگوریتم فیلتر کننده کالمن داخلی برای دستیابی به داده ها از ژیروسکوپ و سنسورهای شتاب سنج و پردازش کواترن های خروجی است.این ویژگی بار کاری ریزپردازنده محیطی را به شدت کاهش می دهد و از روند فیلتر خسته کننده و فیوژن داده جلوگیری می کند.

یادداشت ها:

Quaternions: Quaternions اعداد فوق العاده ساده است.اعداد پیچیده از اعداد واقعی به علاوه واحد خیالی I تشکیل شده اند ، جایی که i^2 = -1.

MPU-6050 از کجا استفاده می شود؟

• اسباب بازی ها

• گوشی و بازی قابل حمل

• کنترل کننده های بازی مبتنی بر حرکت

• فناوری Blurfree (برای تثبیت تصویر/ثابت)

• فناوری AirSign ™ (برای امنیت/احراز هویت)

• شناخت ژست Instanturege ™ IG.

• سنسورهای پوشیدنی برای سلامتی ، تناسب اندام و ورزش

• چارچوب بازی و برنامه کاربردی با قابلیت حرکت

• فناوری MotionCommand ™ (برای کوتاه شدن ژست)

• خدمات مبتنی بر مکان ، نقاط مورد علاقه و حساب مرده

• کنترل های از راه دور سه بعدی برای DTV های متصل به اینترنت و جعبه های تنظیم شده ، موش های سه بعدی

• فناوری Touchanywhere ™ (برای کنترل/ناوبری برنامه کاربردی UI "بدون لمس")

بسته MPU-6050

چگونه می توان سر و صدای MPU-6050 را کاهش داد؟

ما می توانیم روشهای زیر را برای کاهش سر و صدای MPU-6050 طی کنیم:

از سنسورهای کالیبره شده استفاده کنید: کالیبراسیون شتاب سنج و ژیروسکوپ MPU-6050 می تواند تعصب و خطای خود سنسورها را از بین ببرد ، بنابراین اثر نویز را کاهش می دهد.فرآیند کالیبراسیون معمولاً از دو مرحله تشکیل شده است: کالیبراسیون استاتیک و کالیبراسیون حرکتی.

فرآیند فیلتر کردن سخت افزار: اضافه کردن خازن های فیلتر به خط برق MPU-6050 می تواند تأثیر سر و صدای منبع تغذیه را بر روی سنسور کاهش دهد.در همین حال ، در طول طرح PCB ، باید سعی کنیم MPU-6050 را از منابع احتمالی تداخل مانند خطوط سیگنال با فرکانس بالا و اجزای قدرت بالا دور نگه داریم.

پردازش فیلتر نرم افزار: پس از جمع آوری داده های خام از MPU-6050 ، می توانیم یک لینک فیلتر نرم افزار را برای پیش پردازش داده های اولیه برای از بین بردن تداخل ناشی از نویز اضافه کنیم.روشهای فیلتر نرم افزار که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند شامل میانگین فیلتر ، فیلتر میانه ، فیلتر کالمن و غیره است.

از فیلتر کم گذر داخلی استفاده کنید: MPU-6050 دارای یک فیلتر کم گذر دیجیتال داخلی است که می تواند با تنظیم فرکانس برش آن برای کاهش نویز با فرکانس بالا استفاده شود.به طور خاص ، ما می توانیم فرکانس برش فیلتر دیجیتال را با اصلاح ثبت پیکربندی MPU-6050 تنظیم کنیم تا نویز با فرکانس بالا ناشی از نمونه گیری A/D از بین برود.

محاسبه مسیر حرکت مبتنی بر MPU-6050

MPU-6050 یک سنسور شتاب سنج شش محور و ژیروسکوپ است که می تواند برای اندازه گیری حرکت و نگرش اشیاء استفاده شود.محاسبه مسیر حرکت بر اساس MPU-6050 با مراحل زیر قابل تحقق است:

اولین قدم خواندن داده های سنسور است.ما باید با استفاده از درایورهای مناسب و عملکردهای کتابخانه ، داده های شتاب سنج و ژیروسکوپ را از سنسورهای MPU-6050 بخوانیم.این داده ها معمولاً در یک قالب دیجیتال تولید می شوند ، بنابراین برخی از کارهای تبدیل و کالیبراسیون برای تبدیل آنها به اندازه گیری های واقعی در واحدهای فیزیکی لازم است.

مرحله دوم محاسبه شتاب است.ابتدا باید داده ها را از شتاب سنج پردازش کنیم تا شتاب جسم در هر محور استخراج شود.پس از آن ، به منظور محاسبه سرعت و جابجایی جسم در هر محور ، باید داده های شتاب را ادغام کنیم.تکنیک های ادغام عددی ، مانند روش اویلر یا روش Lunger-Kutta ، اغلب در این فرآیند برای اطمینان از صحت محاسبات جابجایی استفاده می شود.

مرحله سوم محاسبه سرعت زاویه ای است.با استفاده از داده های ژیروسکوپ ، سرعت زاویه ای جسم در هر محور قابل محاسبه است.مجدداً ، این داده ها برای به دست آوردن سرعت زاویه ای در واحدهای فیزیکی واقعی باید کالیبره و تبدیل شوند.

مرحله چهارم محاسبه چرخش است.با ادغام داده های سرعت زاویه ای ، زاویه چرخش شی در هر محور قابل محاسبه است.این کار می تواند با استفاده از تکنیک های ادغام عددی مانند روش اویلر یا روش ماندگاری برای محاسبه زاویه انجام شود.

مرحله پنجم ادغام داده ها است.ما داده های شتاب سنج و ژیروسکوپ ها را برای به دست آوردن نگرش کامل و اطلاعات موقعیتی از شیء ترکیب می کنیم.این کار می تواند با استفاده از الگوریتم هایی مانند حل کننده نگرش مبتنی بر کواترنیون یا حل کننده زاویه اویلر انجام شود.

مرحله ششم تجسم نتایج است.ما مسیر حرکت شیء محاسبه شده را به مجموعه ای از نقاط در یک سیستم مختصات سه بعدی تبدیل می کنیم و آن را با استفاده از ابزارهای تجسم مناسب برای درک بصری تر از مسیر حرکت شیء و تغییر نگرش نشان می دهیم.

سوالات متداول [سؤالات متداول]

1. MPU6050 چقدر دقیق است؟

نتایج به دست آمده ، صحت کافی کمتر از 1 ٪ و قابلیت اطمینان را نشان داد و از ابعاد مناسب شافت آسانسور و استانداردهای بالای صنعت آسانسور اطمینان داد.

2. چگونه داده ها را از MPU6050 بخوانیم؟

برای خواندن رجیسترهای داخلی MPU6050 ، استاد شرط شروع را ارسال می کند و به دنبال آن آدرس برده I2C و یک بیت نوشتن ، و سپس آدرس ثبت نام که خوانده می شود.

3. MPU6050 از کجا استفاده می شود؟

در ردیابی بهداشتی پوشیدنی ، دستگاه های ردیابی تناسب اندام.در هواپیماهای بدون سرنشین و کوادکوپترها ، از MPU6050 برای کنترل موقعیت استفاده می شود.در کنترل بازوی روباتیک استفاده می شود.دستگاه های کنترل ژست دستی.

4- آیا MPU6050 IMU است؟

بلوک سنسور MPU6050 IMU داده های سنسور MPU-6050 را که به سخت افزار وصل شده است ، می خواند.بلوک شتاب ، سرعت زاویه ای و دما را در امتداد محورهای سنسور خروجی می کند.

5- پردازش MPU6050 چیست؟

این پردازنده پردازنده MPU6050 است که داده های حاصل از شتاب سنج و ژیروسکوپ را ترکیب می کند.DMP کلید استفاده از MPU6050 است و بعداً با جزئیات توضیح داده می شود.مانند همه ریزپردازنده ها ، DMP برای اجرای آن به سیستم عامل نیاز دارد.