บน 03/09/2024 291

MPU-6050 ในการดำเนินการ: คู่มือปฏิบัติในการตั้งค่าการกำหนดค่าและการจัดการเสียงรบกวน

แคตตาล็อก

บทนำสู่ MPU-6050

MPU-6050 เป็นส่วนประกอบการประมวลผลการเคลื่อนไหว 6 แกนแบบบูรณาการครั้งแรกของโลกซึ่งรวมไจโรสโคป 3 แกน, accelerometer 3 แกนและตัวประมวลผลการเคลื่อนไหวดิจิตอลที่ปรับขนาดได้ (DMP)วัตถุประสงค์ของการใช้มันคือการได้รับมุมเอียงของวัตถุที่จะวัด (เช่น quadcopter, รถที่สมดุล) บนแกน x, y และ z นั่นคือมุมพิทช์มุมม้วนและมุมหันเห.เราอ่านข้อมูลหกข้อมูลของ MPU-6050 (ค่าโฆษณาเร่งความเร็วสามแกนและค่าโฆษณาความเร็วเชิงมุมสามแกน) ผ่านอินเตอร์เฟส I2Cหลังจากการประมวลผลฟิวชั่นฟิวชั่นสามารถคำนวณพิทช์ม้วนและมุมหันเหไปได้เป็นการอ้างอิงทิศทางสำหรับค่าการวัดคำจำกัดความของทิศทางพิกัดเซ็นเซอร์ดังแสดงในรูปด้านล่างซึ่งเป็นไปตามหลักการของระบบพิกัดมือขวา (นั่นคือนิ้วหัวแม่มือขวาชี้ไปยังทิศทางบวกของ X--แกนนิ้วชี้ไปที่ทิศทางบวกของแกน y และนิ้วกลางชี้ไปยังทิศทางบวกของแกน z)

ด้วยบัสเซ็นเซอร์ I2C ที่ทุ่มเท MPU-6050 สามารถรับอินพุตได้โดยตรงจากเข็มทิศ 3 แกนภายนอกให้เอาต์พุต 9-Axis Motionfusion ™เต็มมันกำจัดปัญหาความคลาดเคลื่อนระหว่างไจโรสโคปรวมและไทม์ไลน์เร่งความเร็วและลดพื้นที่บรรจุภัณฑ์อย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับโซลูชันหลายองค์ประกอบเมื่อเชื่อมต่อกับสนามแม่เหล็กสามแกน MPU-60X0 สามารถให้เอาต์พุตฟิวชั่นการเคลื่อนที่ 9 แกนเต็มไปยังพอร์ต I2C หรือ SPI หลัก (โปรดทราบว่าพอร์ต SPI นั้นมีเฉพาะใน MPU-6000)

ทางเลือกและเทียบเท่า

- ais328dqtr

- ICM-20689

• MPU-3300

- MPU-6000

- MPU-6500

ผู้ผลิต MPU-6050

ผู้ผลิต MPU-6050 คือ TDKหลังจากผู้ก่อตั้ง TDK สองคนดร. Yogoro Kato และ Takei Takei คิดค้น Ferrite ในโตเกียวพวกเขาก่อตั้ง Tokyo Denkikagaku Kogyo K.K.ในปี 1935 ในฐานะแบรนด์อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ระดับโลก TDK ยังคงรักษาตำแหน่งที่โดดเด่นในด้านวัตถุดิบอิเล็กทรอนิกส์และส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์พอร์ตโฟลิโอผลิตภัณฑ์ที่ครอบคลุมและเป็นนวัตกรรมของ TDK ครอบคลุมส่วนประกอบแฝงเช่นตัวเก็บประจุเซรามิก, ตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์อลูมิเนียม, ตัวเก็บประจุฟิล์ม, ผลิตภัณฑ์แม่เหล็ก, ส่วนประกอบความถี่สูง, อุปกรณ์และอุปกรณ์ป้องกันนอกจากนี้เซ็นเซอร์แม่เหล็กและ MEMS) ฯลฯ นอกจากนี้ TDK ยังมีแหล่งจ่ายไฟและอุปกรณ์พลังงานหัวแม่เหล็กและผลิตภัณฑ์อื่น ๆแบรนด์ผลิตภัณฑ์ ได้แก่ TDK, EPCOS, Invensense, Micronas, Tronics และ TDK-Lambda

แผนภาพบล็อกภายในของ MPU-6050

ในหมู่พวกเขา SCL และ SDA เป็นอินเทอร์เฟซ IIC ที่เชื่อมต่อกับ MCU และ MCU ควบคุม MPU-6050 ผ่านอินเทอร์เฟซ IIC นี้นอกจากนี้ยังมีอินเทอร์เฟซ IIC คือ aux_cl และ aux_daอินเทอร์เฟซนี้สามารถใช้ในการเชื่อมต่ออุปกรณ์ทาสภายนอกเช่นเซ็นเซอร์แม่เหล็กเพื่อสร้างเซ็นเซอร์เก้าแกนVlogic เป็นแรงดันพอร์ต IOพินนี้สามารถรองรับอย่างน้อย 1.8Vเรามักจะเชื่อมต่อโดยตรงกับ VDDAD0 เป็นพินควบคุมที่อยู่ของอินเทอร์เฟซ Slave IIC (เชื่อมต่อกับ MCU)พินนี้ควบคุมบิตต่ำสุดของที่อยู่ IICหากเชื่อมต่อกับ GND ที่อยู่ IIC ของ MPU-6050 คือ 0x68;หากเชื่อมต่อกับ VDD มันคือ 0x69โปรดทราบว่าที่อยู่ที่นี่ไม่ได้รวมการส่งข้อมูลบิตต่ำสุด (บิตต่ำสุดที่ใช้เพื่อแสดงการดำเนินการอ่านและเขียน)บน MwbalancingSTC15 AD0 เชื่อมต่อกับ GND ดังนั้นที่อยู่ IIC ของ MPU-6050 คือ 0x68 (ไม่รวมบิตต่ำสุด)

เริ่มต้นอินเตอร์เฟส IIC

MPU-6050 ใช้ IIC ในการสื่อสารกับ STC15 ดังนั้นเราจึงต้องเริ่มต้นสายข้อมูล SDA และ SCL ที่เชื่อมต่อกับ MPU-6050 ก่อน

รีเซ็ต MPU-6050

ขั้นตอนนี้คืนค่าการลงทะเบียนทั้งหมดภายใน MPU-6050 เป็นค่าเริ่มต้นซึ่งทำได้โดยการเขียน 1 ถึงบิต 7 ของการจัดการพลังงานลงทะเบียน 1 (0x6b)หลังจากรีเซ็ตการลงทะเบียนการจัดการพลังงาน 1 จะถูกกู้คืนเป็นค่าเริ่มต้น (0x40) และการลงทะเบียนนี้จะต้องตั้งค่าเป็น 0x00 เพื่อปลุก MPU-6050 และนำไปใช้เป็นสถานะการทำงานปกติ

ตั้งค่าช่วงเต็มรูปแบบของเซ็นเซอร์ความเร็วเชิงมุม (Gyro) และเซ็นเซอร์เร่งความเร็ว

ในขั้นตอนนี้เราตั้งค่าช่วงเต็มรูปแบบ (FSR) ของเซ็นเซอร์สองตัวผ่านการลงทะเบียนการกำหนดค่า Gyroscope (0x1b) และการลงทะเบียนการกำหนดค่าเซ็นเซอร์การเร่งความเร็ว (0x1c) ตามลำดับโดยทั่วไปแล้วเราตั้งค่าช่วงเต็มรูปแบบของการหมุนวนเป็น± 2000DPS และช่วงแบบเต็มรูปแบบของ accelerometer เป็น± 2G

ตั้งค่าพารามิเตอร์อื่น ๆ

ที่นี่เราจำเป็นต้องกำหนดค่าพารามิเตอร์ต่อไปนี้: ปิดการขัดจังหวะปิดใช้งานอินเตอร์เฟส AUX I2C, ปิดการใช้งาน FIFO, ตั้งค่าอัตราการสุ่มตัวอย่างแบบไจโรสโคปและกำหนดค่าตัวกรองดิจิตอล Low-Pass (DLPF)เนื่องจากเราไม่ได้ใช้การขัดจังหวะเพื่ออ่านข้อมูลในบทนี้ฟังก์ชั่นขัดจังหวะจะต้องปิดในเวลาเดียวกันเนื่องจากเราไม่ได้ใช้อินเทอร์เฟซ AUX I2C เพื่อเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ภายนอกอื่น ๆ เราจึงต้องปิดอินเทอร์เฟซนี้ด้วยฟังก์ชั่นเหล่านี้สามารถควบคุมได้ผ่านการลงทะเบียนเปิดใช้งานการลงทะเบียน (0x38) และการลงทะเบียนการควบคุมผู้ใช้ (0x6a)MPU-6050 สามารถใช้ FIFO เพื่อจัดเก็บข้อมูลเซ็นเซอร์ แต่เราไม่ได้ใช้ในบทนี้ดังนั้นช่อง FIFO ทั้งหมดจะต้องปิดสิ่งนี้สามารถควบคุมได้ผ่านการลงทะเบียน FIFO เปิดใช้งาน (0x23)โดยค่าเริ่มต้นค่าของการลงทะเบียนนี้คือ 0 (นั่นคือ FIFO ถูกปิดใช้งาน) ดังนั้นเราสามารถใช้ค่าเริ่มต้นโดยตรงอัตราการสุ่มตัวอย่างของไจโรสโคปถูกควบคุมโดยการลงทะเบียนอัตราการสุ่มตัวอย่าง (0x19)โดยปกติแล้วเราตั้งค่าอัตราการสุ่มตัวอย่างนี้เป็น 50 การกำหนดค่าของตัวกรองดิจิตอลต่ำผ่าน (DLPF) จะเสร็จสมบูรณ์ผ่านการลงทะเบียนการกำหนดค่า (0x1a)โดยทั่วไปแล้วเราจะตั้งค่า DLPF เป็นครึ่งแบนด์วิดท์เพื่อปรับสมดุลความแม่นยำของข้อมูลและความเร็วในการตอบสนอง

กำหนดค่าแหล่งนาฬิการะบบและเปิดใช้งานเซ็นเซอร์ความเร็วเชิงมุมและเซ็นเซอร์เร่งความเร็ว

การตั้งค่าของแหล่งนาฬิการะบบขึ้นอยู่กับการลงทะเบียนการจัดการพลังงาน 1 (0x6b) ซึ่งต่ำสุดสามบิตของการลงทะเบียนนี้จะกำหนดการเลือกแหล่งที่มาของนาฬิกาโดยค่าเริ่มต้นบิตทั้งสามนี้ถูกตั้งค่าเป็น 0 ซึ่งหมายความว่าระบบใช้ oscillator 8MHz ภายใน 8MHz เป็นแหล่งนาฬิกาอย่างไรก็ตามเพื่อปรับปรุงความแม่นยำของนาฬิกาเรามักจะตั้งค่าเป็น 1 และเลือก X-Axis Gyroscope PLL เป็นแหล่งนาฬิกานอกจากนี้การเปิดใช้งานเซ็นเซอร์ความเร็วเชิงมุมและเซ็นเซอร์เร่งความเร็วเป็นขั้นตอนสำคัญในกระบวนการเริ่มต้นการดำเนินการทั้งสองดำเนินการผ่านการลงทะเบียนการจัดการพลังงาน 2 (0x6c)เพียงตั้งค่าบิตที่สอดคล้องกันเป็น 0 เพื่อเปิดใช้งานเซ็นเซอร์ที่เกี่ยวข้องหลังจากทำตามขั้นตอนข้างต้น MPU-6050 สามารถป้อนสถานะการทำงานปกติการลงทะเบียนเหล่านั้นที่ไม่ได้ตั้งค่าเป็นพิเศษจะใช้ค่าเริ่มต้นที่ตั้งไว้ล่วงหน้าโดยระบบ

MPU-6050 ทำงานอย่างไร?

เซ็นเซอร์ไจโร

เซ็นเซอร์มีการติดตั้งไจโรด้านในซึ่งจะยังคงขนานกับทิศทางเริ่มต้นเนื่องจากเอฟเฟกต์ไจโรสโคปดังนั้นเราสามารถคำนวณทิศทางและมุมของการหมุนได้โดยการตรวจจับความเบี่ยงเบนของไจโรจากทิศทางเริ่มต้น

เซ็นเซอร์ accelerometer

เซ็นเซอร์ accelerometer เป็นอุปกรณ์ที่สามารถวัดความเร่งและทำงานตามหลักการของเอฟเฟกต์ piezoelectricในระหว่างการเร่งความเร็วเซ็นเซอร์วัดแรงเฉื่อยที่ใช้กับบล็อกมวลจากนั้นคำนวณค่าการเร่งความเร็วโดยใช้กฎข้อที่สองของนิวตัน

Digital Motion Processor (DMP)

DMP เป็นโมดูลการประมวลผลข้อมูลในชิป MPU6050 ที่มีอัลกอริทึมการกรอง Kalman ในตัวสำหรับการรับข้อมูลจาก Gyroscope และ Accelerometer เซ็นเซอร์และประมวลผล quaternions เอาต์พุตคุณลักษณะนี้ช่วยลดปริมาณงานของไมโครโปรเซสเซอร์ส่วนปลายได้อย่างมากและหลีกเลี่ยงการกรองที่น่าเบื่อและกระบวนการฟิวชั่นข้อมูล

หมายเหตุ:

Quaternions: Quaternions เป็นหมายเลข supercomplex ที่เรียบง่ายตัวเลขที่ซับซ้อนประกอบด้วยตัวเลขจริงรวมถึงหน่วยจินตนาการ I โดยที่ i^2 = -1

MPU-6050 ใช้ที่ไหน?

•ของเล่น

•โทรศัพท์มือถือและเกมพกพา

•ตัวควบคุมเกมที่ใช้การเคลื่อนไหว

•เทคโนโลยี Blurfree ™ (สำหรับวิดีโอ/ภาพนิ่งคงที่การป้องกันภาพสั่นไหว)

•เทคโนโลยี AirSign ™ (เพื่อความปลอดภัย/การรับรองความถูกต้อง)

•การจดจำท่าทาง Anstlegesture ™ IG ™

•เซ็นเซอร์ที่สวมใส่ได้เพื่อสุขภาพการออกกำลังกายและกีฬา

•เฟรมเวิร์กเกมและแอปพลิเคชันที่เปิดใช้งานการเคลื่อนไหว

•เทคโนโลยี MotionCommand ™ (สำหรับการตัดทอนท่าทาง)

•บริการตามสถานที่จุดสนใจและการคำนวณที่ตายแล้ว

•รีโมทคอนโทรล 3D สำหรับ DTV ที่เชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตและกล่องรับสัญญาณ, หนู 3D

•เทคโนโลยี TouchAnywhere ™ (สำหรับ“ No Touch” UI Application Control/Navigation)

แพ็คเกจของ MPU-6050

จะลดเสียงรบกวนของ MPU-6050 ได้อย่างไร?

เราสามารถใช้วิธีต่อไปนี้เพื่อลดเสียงรบกวนของ MPU-6050:

ใช้เซ็นเซอร์สอบเทียบ: การปรับเทียบ accelerometer และ gyroscope ของ MPU-6050 สามารถกำจัดอคติและข้อผิดพลาดของเซ็นเซอร์เองซึ่งจะช่วยลดผลกระทบของเสียงรบกวนกระบวนการสอบเทียบมักจะประกอบด้วยสองขั้นตอน: การสอบเทียบแบบคงที่และการสอบเทียบการเคลื่อนไหว

กระบวนการกรองฮาร์ดแวร์: การเพิ่มตัวเก็บประจุตัวกรองลงในสายไฟของ MPU-6050 สามารถลดผลกระทบของเสียงรบกวนจากแหล่งจ่ายไฟในเซ็นเซอร์ในระหว่างการจัดวาง PCB เราควรพยายามทำให้ MPU-6050 อยู่ห่างจากแหล่งสัญญาณรบกวนที่อาจเกิดขึ้นเช่นสายสัญญาณความถี่สูงและส่วนประกอบพลังงานสูง

การประมวลผลการกรองซอฟต์แวร์: หลังจากรวบรวมข้อมูลดิบจาก MPU-6050 เราสามารถเพิ่มลิงก์การกรองซอฟต์แวร์เพื่อประมวลผลข้อมูลเริ่มต้นก่อนเพื่อกำจัดสัญญาณรบกวนที่เกิดจากเสียงรบกวนวิธีการกรองซอฟต์แวร์ที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ การกรองเฉลี่ยการกรองค่ามัธยฐานการกรอง Kalman และอื่น ๆ

ใช้ตัวกรอง low-pass ภายใน: MPU-6050 มีตัวกรองดิจิตอลแบบดิจิตอลแบบรวมภายในซึ่งสามารถใช้เพื่อลดเสียงรบกวนความถี่สูงโดยการตั้งค่าความถี่ cutoffโดยเฉพาะเราสามารถตั้งค่าความถี่ cutoff ของตัวกรองดิจิตอลโดยการปรับเปลี่ยนการลงทะเบียนการกำหนดค่าของ MPU-6050 เพื่อกำจัดเสียงรบกวนความถี่สูงที่เกิดจากการสุ่มตัวอย่าง A/D

การคำนวณวิถีการเคลื่อนที่ตาม MPU-6050

MPU-6050 เป็นเซ็นเซอร์ accelerometer หกแกนและ Gyroscope ที่สามารถใช้ในการวัดการเคลื่อนไหวและทัศนคติของวัตถุการคำนวณวิถีการเคลื่อนที่ตาม MPU-6050 สามารถรับรู้ได้โดยขั้นตอนต่อไปนี้:

ขั้นตอนแรกคือการอ่านข้อมูลเซ็นเซอร์เราจำเป็นต้องอ่านข้อมูล accelerometer และ gyroscope จากเซ็นเซอร์ MPU-6050 โดยใช้ไดรเวอร์และฟังก์ชั่นไลบรารีที่เหมาะสมข้อมูลเหล่านี้มักจะส่งออกในรูปแบบดิจิตอลดังนั้นงานการแปลงและการสอบเทียบบางอย่างจำเป็นต้องแปลงเป็นการวัดจริงในหน่วยกายภาพ

ขั้นตอนที่สองคือการคำนวณการเร่งความเร็วก่อนอื่นเราจำเป็นต้องประมวลผลข้อมูลจาก accelerometer เพื่อให้ได้การเร่งความเร็วของวัตถุในแต่ละแกนต่อจากนั้นเพื่อคำนวณความเร็วและการกระจัดของวัตถุในแต่ละแกนเราจำเป็นต้องรวมข้อมูลการเร่งความเร็วเทคนิคการรวมเชิงตัวเลขเช่นวิธีการของออยเลอร์หรือวิธี Lunger-Kutta มักใช้ในกระบวนการนี้เพื่อให้แน่ใจว่าความถูกต้องของการคำนวณการกระจัด

ขั้นตอนที่สามคือการคำนวณความเร็วเชิงมุมการใช้ข้อมูล Gyroscope ความเร็วเชิงมุมของวัตถุในแต่ละแกนสามารถคำนวณได้อีกครั้งข้อมูลนี้จะต้องได้รับการสอบเทียบและแปลงเพื่อให้ได้ความเร็วเชิงมุมในหน่วยทางกายภาพจริง

ขั้นตอนที่สี่คือการคำนวณการหมุนโดยการรวมข้อมูลความเร็วเชิงมุมมุมของการหมุนของวัตถุในแต่ละแกนสามารถคำนวณได้สิ่งนี้สามารถทำได้โดยใช้เทคนิคการรวมตัวเลขเช่นวิธีการของออยเลอร์หรือวิธี Longe-Kutta เพื่อคำนวณมุม

ขั้นตอนที่ห้าคือการรวมข้อมูลเรารวมข้อมูลจาก accelerometers และ gyroscopes เพื่อรับทัศนคติที่สมบูรณ์และข้อมูลตำแหน่งของวัตถุสิ่งนี้สามารถทำได้โดยใช้อัลกอริทึมเช่น Solver Attitude-based quaternion หรือตัวแก้มุมออยเลอร์

ขั้นตอนที่หกคือการมองเห็นผลลัพธ์เราแปลงวิถีการเคลื่อนที่ของวัตถุที่คำนวณได้เป็นชุดของจุดในระบบพิกัด 3 มิติและแสดงโดยใช้เครื่องมือสร้างภาพที่เหมาะสมเพื่อความเข้าใจที่เข้าใจง่ายมากขึ้นเกี่ยวกับวิถีการเคลื่อนที่ของวัตถุและการเปลี่ยนแปลงทัศนคติ

คำถามที่พบบ่อย [คำถามที่พบบ่อย]

1. MPU6050 มีความแม่นยำแค่ไหน?

ผลลัพธ์ที่ได้รับแสดงให้เห็นถึงความแม่นยำที่เพียงพอน้อยกว่า 1 % และความน่าเชื่อถือทำให้มั่นใจได้ว่าการวัดขนาดที่เหมาะสมของเพลาลิฟต์และมาตรฐานที่สูงของอุตสาหกรรมยก

2. วิธีการอ่านข้อมูลจาก MPU6050

ในการอ่านการลงทะเบียน MPU6050 ภายในอาจารย์จะส่งเงื่อนไขการเริ่มต้นตามด้วยที่อยู่ทาส I2C และบิตเขียนจากนั้นที่อยู่การลงทะเบียนที่จะอ่าน

3. ใช้ MPU6050 ที่ไหน?

ในการติดตามสุขภาพที่สวมใส่ได้อุปกรณ์ติดตามออกกำลังกายในโดรนและ quadcopters MPU6050 ใช้สำหรับการควบคุมตำแหน่งใช้ในการควบคุมแขนหุ่นยนต์อุปกรณ์ควบคุมท่าทางด้วยมือ

4. MPU6050 เป็น IMU หรือไม่?

บล็อกเซ็นเซอร์ MPU6050 IMU อ่านข้อมูลจากเซ็นเซอร์ MPU-6050 ที่เชื่อมต่อกับฮาร์ดแวร์การเร่งความเร็วของบล็อกเอาต์พุตอัตราเชิงมุมและอุณหภูมิตามแกนของเซ็นเซอร์

5. การประมวลผลของ MPU6050 คืออะไร?

นี่คือโปรเซสเซอร์ออนบอร์ดของ MPU6050 ที่รวมข้อมูลที่มาจาก accelerometer และ gyroscopeDMP เป็นกุญแจสำคัญในการใช้ MPU6050 และอธิบายรายละเอียดในภายหลังเช่นเดียวกับไมโครโปรเซสเซอร์ทั้งหมด DMP ต้องการเฟิร์มแวร์เพื่อทำงาน