9월3일에서 299

MPU-6050 실행 : 설정, 구성 및 소음 관리에 대한 실용 가이드

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MPU-6050 소개

MPU-6050 3 축 자이로 스코프, 3 축 가속도계 및 확장 가능한 디지털 모션 프로세서 (DMP)를 통합하는 세계 최초의 통합 6 축 모션 처리 구성 요소입니다.이를 사용하는 목적은 X, Y 및 Z 축에서 측정 할 물체의 경사각 (예 : 쿼드 콥터, 밸런싱 차량), 즉 피치 각도, 롤 각도 및 요 각도를 얻는 것입니다..I2C 인터페이스를 통해 MPU-6050 (3 축 가속도 AD 값 및 3 축 각속도 AD 값)의 6 가지 데이터를 읽습니다.자세 융합 처리 후, 피치, 롤 및 요 각도를 계산할 수 있습니다.측정 값에 대한 방향 참조로서 센서 좌표 방향의 정의는 아래 그림과 같이 오른 손잡이 좌표계의 원리를 따릅니다 (즉, 오른쪽 엄지 손가락은 X-의 양의 방향을 가리 킵니다.축, 지표 손가락은 y 축의 양의 방향을 가리키고 가운데 손가락은 z 축의 양의 방향을 가리 킵니다).

전용 I2C 센서 버스를 사용하여 MPU-6050은 외부 3 축 Compass에서 직접 입력을 수신하여 전체 9 축 MotionFusion ™ 출력을 제공합니다.결합 된 자이로 스코프와 가속기 타임 라인 사이의 불일치 문제를 제거하고 다중 성분 솔루션에 비해 포장 공간을 크게 줄입니다.3 축 자력계에 연결된 경우 MPU-60X0은 메인 I2C 또는 SPI 포트에 전체 9 축 운동 융합 출력을 제공 할 수 있습니다 (SPI 포트는 MPU-6000에서만 사용할 수 있음).

대안 및 이와 동등한 요소

• AIS328DQTR

• ICM-20689

• MPU-3300

• MPU-6000

• MPU-6500

MPU-6050의 제조업체

MPU-6050의 제조업체는 TDK입니다.TDK의 두 창립자 인 Yogoro Kato 박사와 Takei Takei는 도쿄에서 페라이트를 발명 한 후 도쿄 Denkikagaku Kogyo K.K를 설립했습니다.1935 년에 글로벌 전자 산업 브랜드로서 TDK는 항상 전자 원료 및 전자 부품 분야에서 지배적 인 위치를 유지해 왔습니다.TDK의 포괄적이고 혁신 중심의 제품 포트폴리오는 세라믹 커패시터, 알루미늄 전해 커패시터, 필름 커패시터, 자석 부품, 고주파 성분, 압전 및 보호 장치 (예 : 온도 및 압력)와 같은 수동적 구성 요소를 포함합니다.자기 및 MEMS 센서 등. 또한 TDK는 전원 공급 장치 및 에너지 장치, 자기 헤드 및 기타 제품도 제공합니다.제품 브랜드에는 TDK, EPCOS, Invensense, Micronas, Tronics 및 TDK-Lambda가 포함됩니다.

MPU-6050의 내부 블록 다이어그램

그 중 SCL과 SDA는 MCU에 연결된 IIC 인터페이스이며 MCU는이 IIC 인터페이스를 통해 MPU-6050을 제어합니다.IIC 인터페이스, 즉 aux_cl 및 aux_da도 있습니다.이 인터페이스는 자기 센서와 같은 외부 슬레이브 장치를 연결하여 9 축 센서를 형성하는 데 사용될 수 있습니다.Vlogic은 IO 포트 전압입니다.이 핀은 최소 1.8V를 지원할 수 있습니다.우리는 보통 VDD에 직접 연결합니다.AD0은 슬레이브 IIC 인터페이스의 주소 제어 핀입니다 (MCU에 연결).이 핀은 IIC 주소의 가장 낮은 비트를 제어합니다.GND에 연결된 경우 MPU-6050의 IIC 주소는 0x68입니다.VDD에 연결된 경우 0x69입니다.여기의 주소에는 가장 낮은 비트의 데이터 전송이 포함되어 있지 않습니다 (가장 낮은 비트는 읽기 및 쓰기 작업을 나타내는 데 사용됩니다).MWBalancedSTC15에서 AD0은 GND에 연결되므로 MPU-6050의 IIC 주소는 0x68입니다 (가장 낮은 비트 제외).

IIC 인터페이스를 초기화하십시오

MPU-6050은 IIC를 사용하여 STC15와 통신하므로 먼저 MPU-6050에 연결된 SDA 및 SCL 데이터 라인을 초기화해야합니다.

MPU-6050을 재설정합니다

이 단계는 MPU-6050 내부의 모든 레지스터를 기본값으로 복원하며, 이는 전원 관리 레지스터 1 (0x6b)의 1 ~ 비트 7을 작성하여 달성됩니다.재설정 후 전원 관리 레지스터 1은 기본값 (0x40)으로 복원되며,이 레지스터는 MPU-6050을 깨우고 정상적인 작업 상태에 넣기 위해 0x00으로 설정해야합니다.

각도 속도 센서 (자이로) 및 가속 센서의 본격적인 범위를 설정하십시오.

이 단계에서는 각각 자이로 스코프 구성 레지스터 (0x1b)와 가속 센서 구성 레지스터 (0x1c)를 통해 두 센서의 전체 스케일 범위 (FSR)를 설정했습니다.일반적으로, 우리는 자이로 스코프의 본격적인 범위를 ± 2000dps로 설정하고 가속도계의 본격적인 범위를 ± 2g로 설정했습니다.

다른 매개 변수를 설정합니다

여기에서는 다음 매개 변수를 구성해야합니다. 인터럽트를 끄고, AUX I2C 인터페이스를 비활성화하고, FIFO를 비활성화하고, 자이로 스코프 샘플링 속도를 설정하고, DLPF (Digital Low-Pass Filter)를 구성합니다.이 장에서는 인터럽트를 사용하지 않기 때문에 인터럽트 기능을 끄려면 인터럽트 기능이 꺼져 있어야합니다.동시에, 다른 외부 센서를 연결하기 위해 AUX I2C 인터페이스를 사용하지 않으므로이 인터페이스를 닫아야합니다.이러한 기능은 인터럽트 활성화 레지스터 (0x38) 및 사용자 제어 레지스터 (0x6A)를 통해 제어 할 수 있습니다.MPU-6050은 FIFO를 사용하여 센서 데이터를 저장할 수 있지만이 장에서는 사용하지 않았으므로 모든 FIFO 채널을 닫아야합니다.이것은 FIFO ENABLE 레지스터 (0x23)를 통해 제어 할 수 있습니다.기본적 으로이 레지스터의 값은 0이므로 (즉, FIFO가 비활성화 됨) 기본값을 직접 사용할 수 있습니다.자이로 스코프의 샘플링 속도는 샘플링 속도 분배기 레지스터 (0x19)에 의해 제어됩니다.일반적 으로이 샘플링 속도를 50으로 설정합니다. DLPF (Digital Low-Pass Filter)의 구성은 구성 레지스터 (0x1A)를 통해 완료됩니다.일반적으로 데이터 정확도와 응답 속도의 균형을 맞추기 위해 DLPF를 대역폭의 절반으로 설정합니다.

시스템 클록 소스를 구성하고 각속도 센서 및 가속 센서를 활성화합니다.

시스템 클록 소스의 설정은 전원 관리 레지스터 1 (0x6b)에 따라 다르며, 여기서이 레지스터의 가장 낮은 3 비트는 클록 소스의 선택을 결정합니다.기본적 으로이 3 비트는 0으로 설정되어있어 시스템이 내부 8MHz RC 발진기를 클럭 소스로 사용합니다.그러나 시계 정확도를 향상시키기 위해 종종 1로 설정하고 x 축 자이로 스코프 PLL을 클록 소스로 선택합니다.또한 각속도 센서 및 가속 센서를 활성화하는 것도 초기화 프로세스에서 중요한 단계입니다.두 작업 모두 전원 관리 레지스터 2 (0x6c)를 통해 구현됩니다.해당 센서를 활성화하기 위해 해당 비트를 0으로 설정하기 만하면됩니다.위의 단계를 완료 한 후 MPU-6050은 정상적인 작업 상태를 입력 할 수 있습니다.특별히 설정되지 않은 레지스터는 시스템별로 사전 설정된 기본값을 채택합니다.

MPU-6050은 어떻게 작동합니까?

자이로 센서

센서에는 자이로 내부가 장착되어 있으며, 이로 스코프 효과로 인해 항상 초기 방향과 평행하게 유지됩니다.따라서, 우리는 초기 방향에서 자이로의 편차를 감지하여 방향과 회전 각도를 계산할 수 있습니다.

가속도계 센서

가속도계 센서는 가속도를 측정 할 수있는 장치이며 압전 효과의 원리에 따라 작동합니다.가속 동안 센서는 질량 블록에 적용된 관성력을 측정 한 다음 Newton의 제 2 법칙을 사용하여 가속도 값을 계산합니다.

디지털 모션 프로세서 (DMP)

DMP는 MPU6050 칩의 데이터 처리 모듈로, 자이로 스코프 및 가속도계 센서에서 데이터를 획득하고 출력 쿼터니언을 처리하기위한 Kalman 필터링 알고리즘이 내장되어 있습니다.이 기능은 주변 마이크로 프로세서의 워크로드를 크게 줄이고 지루한 필터링 및 데이터 융합 프로세스를 피합니다.

참고 :

Quaternions : Quaternions는 단순한 supercomplex 숫자입니다.복소수는 실수와 가상 단위 I로 구성되며 여기서 i^2 = -1.

MPU-6050은 어디에 사용됩니까?

• 장난감

• 핸드셋 및 휴대용 게임

• 모션 기반 게임 컨트롤러

• Blurfree ™ 기술 (비디오/정지 이미지 안정화 용)

• AirSign ™ 기술 (보안/인증 용)

• Instantgesture ™ IG ™ 제스처 인식

• 건강, 피트니스 및 스포츠를위한 웨어러블 센서

• 모션 지원 게임 및 응용 프로그램 프레임 워크

• MotionCommand ™ 기술 (제스처 바로가 붙음)

• 위치 기반 서비스, 관심 지점 및 사망자 계산

• 인터넷에 연결된 DTV 및 셋톱 박스 용 3D 원격 제어, 3D 마우스

• Touchanywhere ™ 기술 ( "No T

MPU-6050의 패키지

MPU-6050의 노이즈를 줄이는 방법은 무엇입니까?

MPU-6050의 소음을 줄이기 위해 다음과 같은 방법을 사용할 수 있습니다.

교정 센서 사용 : MPU-6050의 가속도계와 자이로 스코프를 보정하면 센서 자체의 편향과 오류가 제거되어 노이즈의 영향이 줄어 듭니다.교정 프로세스는 일반적으로 정적 교정과 모션 교정의 두 단계로 구성됩니다.

하드웨어 필터링 프로세스 : MPU-6050의 전원 라인에 필터 커패시터를 추가하면 전원 공급 장치 노이즈가 센서에 미치는 영향을 줄일 수 있습니다.한편, PCB 레이아웃 중에는 MPU-6050을 고주파 신호 라인 및 고전력 구성 요소와 같은 잠재적 인 간섭 소스에서 멀리 떨어 뜨려야합니다.

소프트웨어 필터링 처리 : MPU-6050에서 원시 데이터를 수집 한 후 소프트웨어 필터링 링크를 추가하여 초기 데이터를 사전 프로세스하여 노이즈로 인한 간섭을 제거 할 수 있습니다.일반적으로 사용되는 소프트웨어 필터링 방법에는 평균 필터링, 중간 필터링, Kalman 필터링 등이 포함됩니다.

내부 저역 통과 필터 사용 : MPU-6050에는 내부 통합 디지털 저역 통과 필터가있어 컷오프 주파수를 설정하여 고주파 노이즈를 줄이는 데 사용할 수 있습니다.구체적으로, A/D 샘플링으로 인한 고주파 노이즈를 제거하기 위해 MPU-6050의 구성 레지스터를 수정하여 디지털 필터의 컷오프 주파수를 설정할 수 있습니다.

MPU-6050 기반 모션 궤적 계산

MPU-6050은 물체의 움직임과 태도를 측정하는 데 사용할 수있는 6 축 가속도계와 자이로 스코프 센서입니다.MPU-6050을 기반으로 한 모션 궤적 계산은 다음 단계로 실현 될 수 있습니다.

첫 번째 단계는 센서 데이터를 읽는 것입니다.적절한 드라이버 및 라이브러리 기능을 사용하여 MPU-6050 센서의 가속도계 및 자이로 스코프 데이터를 읽어야합니다.이 데이터는 일반적으로 디지털 형식으로 출력되므로 일부 변환 및 교정 작업은 물리적 단위의 실제 측정으로 변환해야합니다.

두 번째 단계는 가속도를 계산하는 것입니다.먼저, 각 축에서 물체의 가속도를 도출하려면 가속도계에서 데이터를 처리해야합니다.그 후, 각 축에서 물체의 속도와 변위를 계산하려면 가속 데이터를 통합해야합니다.Euler의 방법 또는 Lunger-Kutta 방법과 같은 수치 적 통합 기술은 종종이 프로세스에서 변위 계산의 정확성을 보장하기 위해 사용됩니다.

세 번째 단계는 각속도를 계산하는 것입니다.자이로 스코프 데이터를 사용하여 각 축에서 물체의 각속도를 계산할 수 있습니다.다시,이 데이터는 실제 물리적 단위에서 각속도를 얻기 위해 교정 및 변환해야합니다.

네 번째 단계는 회전을 계산하는 것입니다.각속도 데이터를 통합하여 각 축에서 물체의 회전 각도를 계산할 수 있습니다.이것은 Euler의 방법 또는 Longe-Kutta 방법과 같은 수치 적분 기술을 사용하여 각도를 계산할 수 있습니다.

다섯 번째 단계는 데이터를 병합하는 것입니다.우리는 가속도계와 자이로 스코프의 데이터를 결합하여 대상의 완전한 태도와 위치 정보를 얻습니다.이것은 Quaternion 기반 태도 솔버 또는 Euler Angle Solver와 같은 알고리즘을 사용하여 수행 할 수 있습니다.

여섯 번째 단계는 결과를 시각화하는 것입니다.우리는 계산 된 객체 모션 궤적을 3D 좌표계의 일련의 지점으로 변환하고 객체의 모션 궤적 및 태도 변화에 대한보다 직관적 인 이해를 위해 적절한 시각화 도구를 사용하여 표시합니다.

자주 묻는 질문 [FAQ]

1. MPU6050은 얼마나 정확합니까?

획득 한 결과는 엘리베이터 샤프트의 적절한 치수와 리프트 산업의 높은 표준을 보장하여 1 % 미만의 충분한 정확도와 신뢰성을 보여주었습니다.

2. MPU6050에서 데이터를 읽는 방법은 무엇입니까?

내부 MPU6050 레지스터를 읽으려면 마스터는 시작 조건을 보낸 다음 I2C 슬레이브 주소와 쓰기 비트를 보낸 다음 레지스터 주소를 읽습니다.

3. MPU6050은 어디에 사용됩니까?

웨어러블 건강 추적, 피트니스 추적 장치.드론 및 쿼드 콥터에서 MPU6050은 위치 제어에 사용됩니다.로봇 팔을 제어하는 ​​데 사용됩니다.손 제스처 제어 장치.

4. MPU6050은 IMU입니까?

MPU6050 IMU 센서 블록은 하드웨어에 연결된 MPU-6050 센서의 데이터를 읽습니다.블록은 센서 축을 따라 가속, 각도 속도 및 온도를 출력합니다.

5. MPU6050의 처리는 무엇입니까?

이것은 가속도계와 자이로 스코프에서 나오는 데이터를 결합한 MPU6050의 온보드 프로세서입니다.DMP는 MPU6050을 사용하는 열쇠이며 나중에 자세히 설명합니다.모든 마이크로 프로세서와 마찬가지로 DMP는 실행하려면 펌웨어가 필요합니다.