Op 2024/09/3 316

MPU-6050 in actie: praktische gids voor instellingen, configuratie en ruisbeheer

Catalogus

Inleiding tot MPU-6050

MPU-6050 is 's werelds eerste geïntegreerde 6-assige bewegingsverwerkingscomponent, die een 3-assige gyroscoop, 3-assige versnellingsmeter en een schaalbare digitale bewegingsprocessor (DMP) integreert.Het doel om het te gebruiken is om de hellingshoek van het te gemeten object te verkrijgen (zoals een quadcopter, een evenwichtsauto) op de x-, y- en z -assen, dat wil zeggen de steekhoek, rolhoek en gierhoek.We hebben de zes gegevens van de MPU-6050 (drie-assige versnellingsadvertentie en drie-assige Angular-snelheid AD-waarde) gelezen via de I2C-interface.Na het verwerken van de houdingsfusie kunnen de pitch-, roll- en gierhoeken worden berekend.Als een directionele referentie voor meetwaarden is de definitie van de sensorcoördinaatrichting zoals weergegeven in de onderstaande figuur, die volgt op het principe van het rechtshandige coördinatensysteem (dat wil zeggen de rechterduim naar de positieve richting van de x-Axis, de wijsvinger wijst naar de positieve richting van de y-as en de middelvinger wijst naar de positieve richting van de z-as).

Met zijn toegewijde I2C-sensorbus kan de MPU-6050 input rechtstreeks van een externe 3-assige kompas ontvangen, wat een volledige 9-assige MotionFusion ™ -uitgang biedt.Het elimineert het discrepantieprobleem tussen de gecombineerde gyroscoop en versneller tijdlijn en vermindert de verpakkingsruimte aanzienlijk in vergelijking met oplossingen voor meerdere componenten.Wanneer aangesloten op een drie-assige magnetometer, is de MPU-60x0 in staat om volledige 9-assige bewegingsfusie-uitvoer te bieden aan de belangrijkste I2C- of SPI-poort (merk op dat de SPI-poort alleen beschikbaar is op de MPU-6000).

Alternatieven en equivalenten

• AIS328DQTR

• ICM-20689

• MPU-3300

• MPU-6000

• MPU-6500

Fabrikant van MPU-6050

De fabrikant van MPU-6050 is TDK.Nadat de twee oprichters van TDK, Dr. Yogoro Kato en Takei Takei, Ferrite in Tokyo, hebben uitgevonden, richtten ze Tokyo Denkikagaku Kogyo K.K. opIn 1935. Als een wereldwijd merk voor elektronica -industrie heeft TDK altijd een dominante positie behouden op het gebied van elektronische grondstoffen en elektronische componenten.De uitgebreide en innovatiegedreven productportfolio van TDK omvat passieve componenten zoals keramische condensatoren, aluminium elektrolytische condensatoren, filmcondensatoren, magnetische producten, hoogfrequente componenten, piëzo-elektrische en beschermingsapparaten, evenals sensoren en sensorsystemen (zoals temperatuur en druk,Magnetische en MEMS -sensoren), enz. Bovendien biedt TDK ook voedingen en energieapparaten, magnetische koppen en andere producten.De productmerken omvatten TDK, EPCO's, Invense, Micronas, Tronics en TDK-Lambda.

Intern blokdiagram van MPU-6050

Onder hen zijn SCL en SDA de IIC-interfaces die zijn verbonden met de MCU, en de MCU bestuurt de MPU-6050 via deze IIC-interface.Er is ook een IIC -interface, namelijk aux_cl en aux_da.Deze interface kan worden gebruikt om externe slave-apparaten, zoals magnetische sensoren, te verbinden om een ​​sensor van negen as te vormen.Vlogic is de IO -poortspanning.Deze pin kan minimaal 1,8 V ondersteunen.We verbinden het meestal rechtstreeks met VDD.AD0 is de adresbesturingspen van de Slave IIC -interface (verbonden met de MCU).Deze pin regelt het laagste stukje van het IIC -adres.Als het is verbonden met GND, is het IIC-adres van MPU-6050 0x68;Als het is verbonden met VDD, is het 0x69.Houd er rekening mee dat het adres hier niet het laagste stukje gegevensoverdracht bevat (het laagste bit wordt gebruikt om lees- en schrijfbewerkingen weer te geven).Op de MWbalancedStc15 is AD0 verbonden met GND, dus het IIC-adres van de MPU-6050 is 0x68 (exclusief het laagste bit).

Initialiseer de IIC -interface

MPU-6050 gebruikt IIC om te communiceren met STC15, dus we moeten eerst de SDA- en SCL-gegevenslijnen initialiseren die zijn aangesloten op MPU-6050.

Reset MPU-6050

Deze stap herstelt alle registers in de MPU-6050 naar hun standaardwaarden, die worden bereikt door 1 tot bit 7 van het Power Management Register 1 (0x6b) te schrijven.Na reset wordt het Power Management Register 1 hersteld naar de standaardwaarde (0x40), en dit register moet vervolgens worden ingesteld op 0x00 om de MPU-6050 te wekken en in een normale werkstatus te plaatsen.

Stel het volledige bereik van de hoeksnelheidsensor (gyro) en versnellingssensor in

In deze stap stellen we het volledige bereik (FSR) van de twee sensoren in via het Gyroscope Configuration Register (0x1B) en respectievelijk het Acceleration Sensor Configuration Register (0x1C).Meestal hebben we het volledige bereik van de gyroscoop ingesteld op ± 2000DPS en het volledige bereik van de versnellingsmeter tot ± 2G.

Stel andere parameters in

Hier moeten we ook de volgende parameters configureren: interrupts uitschakelen, de AUX I2C-interface uitschakelen, FIFO uitschakelen, de gyroscoop bemonsteringssnelheid instellen en het digitale low-pass filter (DLPF) configureren.Omdat we geen interrupts gebruiken om gegevens in dit hoofdstuk te lezen, moet de interruptfunctie worden uitgeschakeld.Tegelijkertijd, omdat we de AUX I2C -interface niet gebruiken om andere externe sensoren te verbinden, moeten we deze interface ook sluiten.Deze functies kunnen worden bestuurd via het interrupt enable Register (0x38) en het gebruikersbesturingsregister (0x6a).MPU-6050 kan FIFO gebruiken om sensorgegevens op te slaan, maar we hebben deze niet in dit hoofdstuk gebruikt, dus alle FIFO-kanalen moeten worden gesloten.Dit kan worden bestuurd via het FIFO Enable Register (0x23).Standaard is de waarde van dit register 0 (dat wil zeggen FIFO is uitgeschakeld), dus we kunnen de standaardwaarde rechtstreeks gebruiken.De bemonsteringssnelheid van de gyroscoop wordt geregeld door het Sampling Rate Divider Register (0x19).Normaal gesproken stellen we deze bemonsteringssnelheid in op 50. De configuratie van het digitale low-pass filter (DLPF) wordt voltooid via het configuratieregister (0x1A).Over het algemeen zullen we DLPF instellen op de helft van de bandbreedte om gegevensnauwkeurigheid en responssnelheid in evenwicht te brengen.

Configureer de systeemklokbron en schakel de hoeksnelheidssensor en versnellingssensor in

De instelling van de systeemklokbron is afhankelijk van het Power Management Register 1 (0x6b), waarbij de laagste drie bits van dit register de selectie van de klokbron bepalen.Standaard zijn deze drie bits ingesteld op 0, wat betekent dat het systeem de interne 8MHz RC -oscillator als klokbron gebruikt.Om de kloknauwkeurigheid te verbeteren, stellen we deze echter vaak in op 1 en selecteren we de x-as gyroscoop PLL als klokbron.Bovendien is het inschakelen van de hoeksnelheidsensor en versnellingssensor ook een belangrijke stap in het initialisatieproces.Beide bewerkingen worden geïmplementeerd via Power Management Register 2 (0x6c).Stel eenvoudig de overeenkomstige bit in op 0 om de overeenkomstige sensor te activeren.Na het voltooien van de bovenstaande stappen kan de MPU-6050 de normale werkstatus invoeren.Die registers die niet speciaal zijn ingesteld, zullen de standaardwaarden door het systeem worden voorgesteld.

Hoe werkt de MPU-6050?

Gyrosensor

De sensor is uitgerust met een gyro binnenin, die altijd parallel blijft aan de initiële richting vanwege het gyroscopische effect.Daarom kunnen we de richting en rotatiehoek berekenen door de afwijking van de gyro te detecteren vanuit de initiële richting.

Versnellingssensor

Een versnellingsmetersensor is een apparaat dat versnelling kan meten en werkt op basis van het principe van het piëzo -elektrische effect.Tijdens versnelling meet de sensor de inertiële kracht die op het massablok wordt uitgeoefend en berekent vervolgens de versnellingswaarde met behulp van de tweede wet van Newton.

Digital Motion Processor (DMP)

De DMP is een gegevensverwerkingsmodule in de MPU6050-chip die een ingebouwd Kalman-filteralgoritme heeft voor het verkrijgen van gegevens van de gyroscoop- en versnellingsmetersensoren en het verwerken van de uitvoerquaternions.Deze functie vermindert de werklast van de perifere microprocessor aanzienlijk en vermijdt het vervelende filtering- en gegevensfusieproces.

Aantekeningen:

Quaternions: Quaternions zijn eenvoudige supercomplexnummers.Complexe getallen zijn samengesteld uit reële getallen plus de denkbeeldige eenheid I, waarbij i^2 = -1.

Waar wordt MPU-6050 gebruikt?

• Speelgoed

• Handset en draagbaar gaming

• Bewegingsgebaseerde gamecontrollers

• BlUrfree ™ -technologie (voor video/stilstaand beeldstabilisatie)

• AirSign ™ -technologie (voor beveiliging/authenticatie)

• InstantSTure ™ IG ™ gebaarherkenning

• draagbare sensoren voor gezondheid, fitness en sport

• Motion-Enabled Game and Application Framework

• MotionCommand ™ -technologie (voor gebaren short-cuts)

• Locatiegebaseerde diensten, interessante punten en dode afrekening

• 3D-afstandsbedieningen voor DTV's met internetverbinding en settopboxen, 3D-muizen

• Touchanywhere ™ -technologie (voor "No Touch" UI Application Control/Navigation)

Pakket van MPU-6050

Hoe het geluid van MPU-6050 te verminderen?

We kunnen de volgende manieren nemen om het geluid van MPU-6050 te verminderen:

Gebruik gekalibreerde sensoren: kalibreren van de versnellingsmeter en gyroscoop van de MPU-6050 kan de vertekening en fout van de sensoren zelf elimineren, waardoor het effect van ruis wordt verminderd.Het kalibratieproces bestaat meestal uit twee fasen: statische kalibratie en bewegingskalibratie.

Hardwarefilteringsproces: het toevoegen van filtercondensatoren aan de stroomlijn van MPU-6050 kan de impact van de voeding van de voeding op de sensor verminderen.Ondertussen moeten we tijdens de PCB-lay-out proberen MPU-6050 weg te houden van potentiële interferentiebronnen, zoals hoogfrequente signaallijnen en krachtige componenten.

Softwarefilterverwerking: na het verzamelen van de onbewerkte gegevens van MPU-6050 kunnen we een softwarefilterlink toevoegen om de initiële gegevens vooraf te verwerken om door ruis geïnduceerde interferentie te elimineren.Veelgebruikte softwarefiltermethoden omvatten gemiddelde filtering, mediane filtering, Kalman -filtering, enzovoort.

Gebruik intern laagdoorlaatfilter: MPU-6050 heeft een intern geïntegreerd digitaal laagdoorlaatfilter, dat kan worden gebruikt om hoogfrequente ruis te verminderen door de afsnijfrequentie in te stellen.In het bijzonder kunnen we de afsnijfrequentie van het digitale filter instellen door het configuratieregister van de MPU-6050 te wijzigen om de hoogfrequente ruis veroorzaakt door A/D-bemonstering te elimineren.

MPU-6050-gebaseerde bewegingstrajectberekening

De MPU-6050 is een zes-assige versnellingsmeter en gyroscoopsensor die kan worden gebruikt om de beweging en houding van objecten te meten.De berekening van de bewegingstraject op basis van MPU-6050 kan worden gerealiseerd door de volgende stappen:

De eerste stap is om de sensorgegevens te lezen.We moeten de versnellingsmeter en gyroscoopgegevens van de MPU-6050-sensoren lezen met behulp van geschikte stuurprogramma's en bibliotheekfuncties.Deze gegevens worden meestal uitgevoerd in een digitaal formaat, dus wat conversie- en kalibratiewerk is vereist om ze om te zetten in werkelijke metingen in fysieke eenheden.

De tweede stap is om de versnelling te berekenen.Eerst moeten we de gegevens van de versnellingsmeter verwerken om de versnelling van het object in elke as af te leiden.Vervolgens moeten we, om de snelheid en verplaatsing van het object in elke as te berekenen, de versnellingsgegevens integreren.Numerieke integratietechnieken, zoals de methode van Euler of de Lunger-Kutta-methode, worden vaak in dit proces gebruikt om de nauwkeurigheid van de verplaatsingsberekeningen te waarborgen.

De derde stap is om de hoeksnelheid te berekenen.Met behulp van gyroscoopgegevens kan de hoeksnelheid van het object in elke as worden berekend.Nogmaals, deze gegevens moeten worden gekalibreerd en geconverteerd om de hoeksnelheid in werkelijke fysieke eenheden te verkrijgen.

De vierde stap is om de rotatie te berekenen.Door de hoeksnelheidsgegevens te integreren, kan de rotatiehoek van het object in elke as worden berekend.Dit kan worden gedaan met behulp van numerieke integratietechnieken zoals de methode van Euler of de Longe-Kutta-methode om de hoek te berekenen.

De vijfde stap is om de gegevens samen te voegen.We combineren de gegevens van versnellingsmeters en gyroscopen om volledige houding en positioninformatie van het object te verkrijgen.Dit kan worden gedaan met behulp van algoritmen zoals op quaternion gebaseerde attitude-oplosser of Euler-hoekoplosser.

De zesde stap is om de resultaten te visualiseren.We converteren het berekende objectbewegingstraject in een reeks punten in een 3D -coördinatensysteem en geven het weer met behulp van geschikte visualisatietools voor een meer intuïtief begrip van het bewegingstraject van het object en de attitudeveranderingen.

Veelgestelde vragen [FAQ]

1. Hoe nauwkeurig is MPU6050?

De verkregen resultaten vertoonden voldoende nauwkeurigheid van minder dan 1 % en betrouwbaarheid, waardoor de juiste dimensionering van de liftas en de hoge normen van de liftindustrie werd gewaarborgd.

2. Hoe lees ik gegevens van MPU6050?

Om de interne MPU6050 -registers te lezen, verzendt de master een startconditie, gevolgd door het I2C -slave -adres en een schrijfbit, en vervolgens het registeradres dat wordt gelezen.

3. Waar wordt MPU6050 gebruikt?

Bij draagbare gezondheidsopnames, fitness-tracking-apparaten.In drones en quadcopters wordt MPU6050 gebruikt voor positiecontrole.Gebruikt bij het beheersen van robotarm.Handgebaarbesturingsapparaten.

4. Is MPU6050 een IMU?

Het MPU6050 IMU-sensorblok leest gegevens van de MPU-6050-sensor die is aangesloten op de hardware.Het blok gaat versnelling, hoeksnelheid en temperatuur uit langs de assen van de sensor.

5. Wat is de verwerking van MPU6050?

Dit is de ingebouwde processor van MPU6050 die de gegevens combineert die afkomstig zijn van de versnellingsmeter en gyroscoop.De DMP is de sleutel tot het gebruik van de MPU6050 en wordt later in detail uitgelegd.Zoals bij alle microprocessors heeft de DMP firmware nodig om te worden uitgevoerd.