на 2024/09/3 303

MPU-6050 В действии: Практическое руководство по настройке, конфигурации и управлению шумом

Каталог

Введение в MPU-6050

MPU-6050 является первым в мире интегрированным 6-осевым компонентом движения, который интегрирует 3-осевой гироскоп, 3-осевой акселерометр и масштабируемый цифровой процессор движения (DMP).Цель использования его состоит в том, чтобы получить угол наклона объекта, который будет измерен (например, квадрокоптер, балансирующий автомобиль) на оси x, y и z, то есть угол шага, угол рулона и угол рысканияПолемМы читаем шесть данных MPU-6050 (значение AD с тремя осевыми ускорением и значение AD в трех осевой угловой скорости) через интерфейс I2C.После обработки слияния осанки можно рассчитать углы шага, рулона и рыскания.В качестве направленного эталона для значений измерения определение направления координаты датчика, как показано на рисунке ниже, который следует по принципу правой системы координат (то есть правый большой палец указывает на положительное направление x-Ось, указательный палец указывает на положительное направление оси Y, а средний палец указывает на положительное направление оси Z).

Благодаря выделенной шине датчика I2C, MPU-6050 способен получать вход непосредственно от внешнего 3-осевого компаса, обеспечивая полный выход для 9-осевой MotionFusion ™.Это устраняет проблему несоответствия между комбинированным гироскопом и временной шкалой ускорителя и значительно уменьшает пространство упаковки по сравнению с многокомпонентными решениями.При подключении к трехосевому магнитометру MPU-60x0 способен обеспечить полный выход слияния движения на 9 осевых движений на свой основной порт I2C или SPI (обратите внимание, что порт SPI доступен только на MPU-6000).

Альтернативы и эквиваленты

• AIS328DQTR

• ICM-20689

• MPU-3300

• MPU-6000

• MPU-6500

Производитель MPU-6050

Производитель MPU-6050-TDK.После того, как два основателя TDK, доктор Йогоро Като и Takei Takei, изобрели феррит в Токио, они основали Токио Денкикагаку Когио К.К.В 1935 году. Как мировой бренд электроники, TDK всегда сохранял доминирующее положение в областях электронного сырья и электронных компонентов.Портфель продуктов TDK, основанный на инновациях, охватывает пассивные компоненты, такие как керамические конденсаторы, алюминиевые электролитические конденсаторы, пленочные конденсаторы, магнитные продукты, высокочастотные компоненты, пьезоэлектрические и защитные устройства, а также датчики и системы датчиков (такие как температура и давление, устройства, а также датчики и системы сенсоров (такие как температура и давление, устройства, а также датчики и системы сенсоров (такиеМагнитные и MEMS -датчики) и т. Д.Его бренды продуктов включают TDK, EPCOS, Invensense, Micronas, Tronics и TDK-Lambda.

Внутренняя блок-схема MPU-6050

Среди них SCL и SDA-это интерфейсы IIC, соединенные с MCU, и MCU контролирует MPU-6050 через этот интерфейс IIC.Есть также интерфейс IIC, а именно aux_cl и aux_da.Этот интерфейс может использоваться для подключения внешних подчиненных устройств, таких как магнитные датчики, с образованием датчика девяти осевой.Vlogic - это напряжение порта io.Этот PIN -код может поддерживать минимум 1,8 В.Обычно мы подключаем его непосредственно к VDD.AD0 является штифтом управления адресом интерфейса подчиненного IIC (подключенного к MCU).Этот вывод контролирует самый низкий бит адреса IIC.Если он подключен к GND, адрес IIC MPU-6050 составляет 0x68;Если он подключен к VDD, это 0x69.Обратите внимание, что адрес здесь не включает в себя самый низкий бит передачи данных (самый низкий бит используется для представления операций чтения и записи).На MWBalancedStc15 AD0 подключен к GND, поэтому адрес IIC MPU-6050 составляет 0x68 (исключая самый низкий бит).

Инициализировать интерфейс IIC

MPU-6050 использует IIC для связи с STC15, поэтому нам нужно сначала инициализировать линии данных SDA и SCL, подключенные к MPU-6050.

Сброс MPU-6050

Этот шаг восстанавливает все регистры внутри MPU-6050 до их значений по умолчанию, что достигается путем написания 1 к 7-м из реестра управления питанием 1 (0x6b).После сброса реестр управления питанием 1 будет восстановлен до значения по умолчанию (0x40), и этот регистр должен впоследствии быть установлен на 0x00, чтобы разбудить MPU-6050 и поместить его в обычное рабочее состояние.

Установите полномасштабный диапазон датчика угловой скорости (гироскоп) и датчика ускорения

На этом этапе мы устанавливаем полномасштабный диапазон (FSR) двух датчиков через регистр конфигурации гироскопа (0x1b) и регистр конфигурации датчика ускорения (0x1c) соответственно.Как правило, мы устанавливаем полномасштабный диапазон гироскопа на ± 2000 гр.т. и полномасштабный диапазон акселерометра до ± 2 г.

Установите другие параметры

Здесь нам также необходимо настроить следующие параметры: отключить прерывания, отключить интерфейс AUX I2C, отключить FIFO, установить скорость отбора проб гироскопа и настройка цифрового фильтра с низким проходом (DLPF).Поскольку мы не используем прерывания для чтения данных в этой главе, функцию прерывания необходимо отключить.В то же время, поскольку мы не используем интерфейс AUX I2C для подключения других внешних датчиков, нам также необходимо закрыть этот интерфейс.Этими функциями можно управлять через регистр включения прерывания (0x38) и регистр управления пользователем (0x6a).MPU-6050 может использовать FIFO для хранения данных датчиков, но мы не использовали их в этой главе, поэтому все каналы FIFO должны быть закрыты.Это можно контролировать через регистр включения FIFO (0x23).По умолчанию значение этого регистра составляет 0 (то есть FIFO отключено), поэтому мы можем напрямую использовать значение по умолчанию.Скорость отбора проб гироскопа контролируется регистром распределения скорости отбора проб (0x19).Обычно мы устанавливаем эту скорость отбора проб на 50. Конфигурация цифрового фильтра с низким проходом (DLPF) завершается через регистр конфигурации (0x1a).Вообще говоря, мы установим DLPF на половину пропускной способности, чтобы сбалансировать точность данных и скорость отклика.

Настройка системного источника часов и включить датчик угловой скорости и датчик ускорения

Настройка системного источника часов зависит от регистра управления питанием 1 (0x6b), где самые низкие три бита этого регистра определяют выбор источника часов.По умолчанию эти три бита установлены на 0, что означает, что система использует внутренний генератор RC 8 МГц в качестве источника часов.Однако, чтобы повысить точность часов, мы часто устанавливаем его на 1 и выбираем PLL x-xysis gyroscope в качестве источника часов.Кроме того, включение датчика угловой скорости и датчика ускорения также является важным шагом в процессе инициализации.Обе операции реализованы через Регистр управления питанием 2 (0x6c).Просто установите соответствующий бит на 0, чтобы активировать соответствующий датчик.После завершения вышеуказанных шагов MPU-6050 может ввести нормальный рабочий статус.Те регистры, которые не являются специально установленными, примут значения по умолчанию, предварительно установленные системой.

Как работает MPU-6050?

Гироскоп датчик

Датчик оснащен гирозоном, который всегда останется параллельным начальному направлению из -за гироскопического эффекта.Следовательно, мы можем рассчитать направление и угол вращения, обнаружив отклонение гиропада от начального направления.

Датчик акселерометра

Датчик акселерометра - это устройство, которое может измерить ускорение, и он работает на основе принципа пьезоэлектрического эффекта.Во время ускорения датчик измеряет инерционную силу, применяемую к блоку массы, а затем вычисляет значение ускорения, используя второй закон Ньютона.

Цифровой процессор движения (DMP)

DMP-это модуль обработки данных в чипе MPU6050, который имеет встроенный алгоритм фильтрации фильтрации Калмана для получения данных от датчиков гироскопа и акселерометра и обработки выходных кватернионов.Эта функция значительно снижает рабочую нагрузку периферического микропроцессора и избегает утомительной фильтрации и процесса слияния данных.

Примечания:

Кватернионы: кватернионы - это простые номера суперкомплекса.Комплексные числа состоят из реальных чисел плюс воображаемая единица I, где i^2 = -1.

Где используется MPU-6050?

• Игрушки

• Провертет и портативные игры

• Игровые контроллеры на основе движения

• Технология Blurfree ™ (для стабилизации видео/неподвижного изображения)

• Технология AirSign ™ (для безопасности/аутентификации)

• Распознавание жестов Instantgesture ™ IG ™

• Носимые датчики для здоровья, фитнеса и спорта

• Структура игры и применения с поддержкой движения

• Технология MotionCommand ™ (для жестов коротких вырезанных)

• Основанные на местоположении услуги, интересующие точки и мертвые расчеты

• 3D-пульт дистанционного управления для подключенных к Интернету DTVS и Settop Lope, 3D мышей

• Технология Touchanywhere ™ (для управления/навигацией приложений для пользовательского интерфейса «No Touch»)

Пакет MPU-6050

Как уменьшить шум MPU-6050?

Мы можем взять следующие способы уменьшить шум MPU-6050:

Используйте калиброванные датчики: калибровка акселерометра и гироскоп MPU-6050 может устранить смещение и ошибку самих датчиков, тем самым уменьшая эффект шума.Процесс калибровки обычно состоит из двух этапов: статической калибровки и калибровки движения.

Процесс аппаратной фильтрации: Добавление конденсаторов фильтров в линию электропередачи MPU-6050 может снизить влияние шума питания на датчик.Между тем, во время макета печатной платы мы должны попытаться удержать MPU-6050 вдали от потенциальных источников интерференции, таких как высокочастотные сигнальные линии и мощные компоненты.

Обработка программной фильтрации: После сбора необработанных данных из MPU-6050 мы можем добавить ссылку на программную фильтрацию для предварительного обработки начальных данных для устранения индуцированных шума интерференции.Обычно используемые методы программного фильтрации включают среднюю фильтрацию, медианную фильтрацию, фильтрацию Калмана и так далее.

Используйте внутренний фильтр с низким уровнем частоты: MPU-6050 имеет внутренний интегрированный цифровой фильтр с низким уровнем частоты, который можно использовать для снижения высокочастотного шума путем установки частоты отсечения.В частности, мы можем установить частоту отсечения цифрового фильтра, изменяя реестр конфигурации MPU-6050 для устранения высокочастотного шума, вызванного выборкой A/D.

Расчет движения на основе MPU-6050

MPU-6050 представляет собой шестиосный акселерометр и датчик гироскопа, который можно использовать для измерения движения и отношения объектов.Расчет траектории движения на основе MPU-6050 может быть реализован следующими шагами:

Первый шаг - прочитать данные датчика.Нам необходимо прочитать данные об акселерометре и гироскопа от датчиков MPU-6050, используя соответствующие драйверы и библиотечные функции.Эти данные обычно выводятся в цифровом формате, поэтому для преобразования их в фактических измерениях в физических единицах требуется некоторые работы по конверсии и калибровке.

Второй шаг - рассчитать ускорение.Во -первых, нам нужно обработать данные из акселерометра, чтобы получить ускорение объекта в каждой оси.Впоследствии, чтобы рассчитать скорость и смещение объекта в каждой оси, нам необходимо интегрировать данные о ускорении.Методы численной интеграции, такие как метод Эйлера или метод Lunger-Kutta, часто используются в этом процессе для обеспечения точности расчетов смещения.

Третий шаг - рассчитать угловую скорость.Используя данные гироскопа, угловая скорость объекта может быть рассчитана.Опять же, эти данные должны быть откалиброваны и преобразованы для получения угловой скорости в реальных физических единицах.

Четвертый шаг - рассчитать вращение.Интегрируя данные угловой скорости, может быть рассчитана угол вращения объекта в каждой оси.Это можно сделать с использованием методов численной интеграции, таких как метод Эйлера или метод Longe-Kutta для расчета угла.

Пятый шаг - объединить данные.Мы объединяем данные от акселерометров и гироскопов, чтобы получить полную информацию об отношении и позиции объекта.Это можно сделать с помощью алгоритмов, таких как решатель отношений на основе кватерниона или угла Euler Engle.

Шестой шаг - визуализация результатов.Мы преобразуем вычисленную траекторию движения объекта в набор точек в 3D -системе координат и отображаем ее с использованием соответствующих инструментов визуализации для более интуитивного понимания траектории движения объекта и изменений отношения.

Часто задаваемые вопросы [FAQ]

1. Насколько точно MPU6050?

Приобретенные результаты показали достаточную точность менее 1 % и надежности, обеспечивая надлежащие размеры вала лифта и высокие стандарты лифта.

2. Как прочитать данные из MPU6050?

Чтобы прочитать внутренние регистры MPU6050, Master отправляет начало условия, за которым следует подчиненный адрес I2C и бит записи, а затем адрес регистра, который будет прочитан.

3. Где используется MPU6050?

В носимых отслеживания здоровья, фитнес-отслеживания устройств.В беспилотниках и квадрокоптерах MPU6050 используется для управления позицией.Используется в управлении роботизированной рукой.Устройства управления жестами рук.

4. MPU6050 - ИМУ?

Блок датчика IMU MPU6050 считывает данные от датчика MPU-6050, который подключен к аппаратному обеспечению.Блок выходы ускорения, угловой скорости и температуры вдоль осей датчика.

5. Какова обработка MPU6050?

Это бортовой процессор MPU6050, который объединяет данные, поступающие от акселерометра и гироскопа.DMP является ключом к использованию MPU6050 и подробно объясняется позже.Как и во всех микропроцессорах, DMP нуждается в прошивке для работы.