Τα τρισδιάστατα παιχνίδια, οι τρισδιάστατες εικόνες και τα τρισδιάστατα βίντεο είναι δημοφιλής τεχνολογία σήμερα. Για βελτιωμένη εμπειρία τελικού χρήστη, οι κατασκευαστές εισάγουν πολλές νέες μεθόδους. Οι κύριες λειτουργίες πίσω από την τεχνολογία 3D είναι η ανίχνευση περιστροφής, η ανίχνευση προσανατολισμού, η ανίχνευση κίνησης, η ανίχνευση κινήσεων καθώς και η αναγνώριση, κλπ.… Οι συσκευές που μπορούν να μετρήσουν αυτές τις λειτουργίες είναι τα γυροσκόπια και τα επιταχυνσιόμετρα. Καθώς το μέγεθος του τελικού προϊόντος είναι πολύ μικρό, οι αισθητήρες που είναι ενσωματωμένοι σε αυτό θα πρέπει επίσης να πληρούν τις απαιτήσεις μικρού μεγέθους. Το MPU6050 ήρθε ως απάντηση σε αυτήν την πρόκληση. Δεδομένου ότι είναι η μικρότερη συσκευή που έχει ενσωματωμένο τσιπ τόσο του γυροσκοπίου όσο και του επιταχυνσιόμετρου. Μπορεί να ενσωματωθεί εύκολα σε ένα smartphone λόγω του μικρού μεγέθους του.

Τι είναι το MPU6050;

Το MPU6050 είναι μια συσκευή παρακολούθησης κίνησης 6 αξόνων που βασίζεται σε MEMS. Διαθέτει γυροσκόπιο on-chip και επιταχυνσιόμετρο αισθητήρες μαζί με αισθητήρας θερμοκρασίας . Το MPU6050 είναι μια ψηφιακή συσκευή. Αυτή η μονάδα είναι πολύ μικρού μεγέθους, έχει χαμηλές απαιτήσεις κατανάλωσης ενέργειας, πολύ ακριβή, έχει υψηλή επαναληψιμότητα, υψηλή αντοχή σε κρούση, έχει προγραμματισμό απόδοσης για συγκεκριμένες εφαρμογές και χαμηλά σημεία τιμών καταναλωτή. Το MPU6050 μπορεί να συνδεθεί εύκολα με άλλους αισθητήρες όπως μαγνητόμετρα και μικροελεγκτές.

Διάγραμμα μπλοκ

Block-Διάγραμμα-MPU6050

Η μονάδα MPU6050 αποτελείται από τα ακόλουθα μπλοκ και λειτουργίες.

“σε τι χρησιμεύουν οι μετασχηματιστές ”

Αισθητήρας γυροσκοπίου ρυθμού MEMS 3 αξόνων με τρεις ADC 16 bit και ρύθμιση σήματος.
Αισθητήρας επιταχυνσιόμετρου 3 αξόνων MEMS με τρεις ADC 16 bit και ρύθμιση σήματος.
Ένας ψηφιακός κινητήρας επεξεργαστή κίνησης on-chip.
Πρωταρχικές διεπαφές ψηφιακής επικοινωνίας 12C.
Βοηθητικές διεπαφές I2C για επικοινωνία με εξωτερικούς αισθητήρες όπως το μαγνητόμετρο.
Εσωτερικό ρολόι.
Μητρώα δεδομένων για την αποθήκευση δεδομένων αισθητήρα.
Μνήμη FIFO που βοηθά στη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας.
Διακοπές που προγραμματίζονται από τον χρήστη.
Ένας ψηφιακός αισθητήρας θερμοκρασίας εξόδου.
Αυτο-έλεγχος για γυροσκόπιο και επιταχυνσιόμετρο.
LDO και προκατάληψη.
Αντλία φόρτισης.
Μητρώα κατάστασης.

Διάγραμμα κυκλώματος

Το γυροσκόπιο που υπάρχει στο MPU6050 μπορεί να ανιχνεύσει περιστροφή γύρω από τους τρεις άξονες X, Y, Z. Το φαινόμενο Coriolis προκαλεί δονήσεις όταν περιστρέφονται τα γυροσκόπια για οποιονδήποτε από τους άξονες. Αυτές οι δονήσεις λαμβάνονται από τον πυκνωτή. Το σήμα που παράγεται στη συνέχεια ενισχύεται, αποδιαμορφώνεται και φιλτράρεται για να παράγει τάση ανάλογη του γωνιακού ρυθμού. Στη συνέχεια, αυτή η τάση ψηφιοποιείται χρησιμοποιώντας ADC.

Το παρόν DMP στο MPU6050 εκφορτώνει τον υπολογισμό των αλγορίθμων ανίχνευσης κίνησης από τον κεντρικό επεξεργαστή. Η DMP αποκτά δεδομένα από όλους τους αισθητήρες και αποθηκεύει τις υπολογισμένες τιμές στους καταχωρητές δεδομένων ή στο FIFO. Η πρόσβαση στο FIFO γίνεται μέσω της σειριακής διεπαφής. Χρησιμοποιώντας πείρο AD0 περισσότερες από μία μονάδες MPU6050 μπορούν να διασυνδεθούν με έναν μικροεπεξεργαστή. Το MPU6050 μπορεί να χρησιμοποιηθεί εύκολα με Arduino , καθώς το MPU6050 διαθέτει καλά τεκμηριωμένες βιβλιοθήκες.

Ενώ χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές, οι γραμμές I2C του MPU6050 τραβούν ψηλά χρησιμοποιώντας μια αντίσταση 4,7kΩ και ο πείρος διακοπής τραβιέται κάτω χρησιμοποιώντας την αντίσταση 4,7kΩ. Όταν τα δεδομένα είναι διαθέσιμα στο FIFO, ο ακροδέκτης διακοπής ανεβαίνει. Τώρα ένας μικροελεγκτής μπορεί να διαβάσει τα δεδομένα χρησιμοποιώντας Επικοινωνία I2C λεωφορείο. Τα δεδομένα που παρέχονται από τις βιβλιοθήκες περιέχουν τις ακόλουθες τιμές δεδομένων - συστατικά τεταρτημόριο, γωνίες Euler, Yaw, Pitch, Roll, επιτάχυνση πραγματικού κόσμου, επιτάχυνση πλαισίου κόσμου και Teapot εφευρίσκουν τιμές λογικής.

Διάγραμμα καρφιτσών

Pin-Diagram-of-MPU-6050

Το MPU6050 διατίθεται ως μικρό πακέτο 4 × 4 × 0,9 mm. Η δομή MEMS σφραγίζεται ερμητικά και συνδέεται στο επίπεδο της γκοφρέτας. Το MPU6050 διατίθεται ως πακέτο QFN 24 ακίδων. Η περιγραφή Pin αυτής της ενότητας δίνεται παρακάτω-

Pin-1- CLKIN- είναι η προαιρετική είσοδος εξωτερικού ρολογιού αναφοράς. Αυτός ο πείρος συνδέεται με τη γείωση όταν δεν χρησιμοποιείται.
Pin-2, Pin-3, Pin-4, Pin-5 είναι καρφίτσες NC. Αυτές οι ακίδες δεν συνδέονται εσωτερικά.
Το Pin-6, AUX_DA, είναι η κύρια καρφίτσα σειριακών δεδομένων I2C. Αυτός ο πείρος χρησιμοποιείται για τη σύνδεση εξωτερικών αισθητήρων.
Το Pin-7, AUX_CL, είναι το κύριο σειριακό ρολόι I2C. Αυτός ο πείρος χρησιμοποιείται για τη σύνδεση εξωτερικών αισθητήρων.
Το Pin-8, VLOGIC, είναι ο ψηφιακός πείρος τάσης τροφοδοσίας I / O.
Το Pin-9, AD0, είναι η καρφίτσα LSB διεύθυνσης I2C.
Το Pin-10, REGOUT, είναι η σύνδεση πυκνωτή φίλτρου ρυθμιστή.
Το Pin-11, FSYNC, είναι η ψηφιακή είσοδος συγχρονισμού καρέ. Αυτός ο πείρος συνδέεται στο έδαφος όταν δεν χρησιμοποιείται.
Το Pin-12, INT, είναι ο ακροδέκτης ψηφιακής εξόδου διακοπής.
Το Pin-13, VDD, είναι ο πείρος τάσης τροφοδοσίας.
Pin-14, Pin-15, Pin-16, Pin-17 είναι NC pin. Αυτές οι ακίδες δεν συνδέονται εσωτερικά.
Το Pin-18, GND, είναι η γείωση τροφοδοσίας.
Οι Pin-19 και Pin-21 είναι οι ακίδες RESV. Αυτές οι καρφίτσες είναι δεσμευμένες.
Το Pin-20, CPOUT, είναι η σύνδεση πυκνωτή αντλίας φόρτισης.
Το Pin-22, είναι RESV, το δεσμευμένο pin.
Το Pin-23, SCL, είναι το σειριακό ρολόι I2C.
Το Pin-24, SDA, είναι ο ακροδέκτης σειριακών δεδομένων I2C.

Προδιαγραφές MPU6050

Το MPU6050 είναι η παγκοσμίως ολοκληρωμένη συσκευή παρακολούθησης κίνησης 6 αξόνων. Μερικές από τις προδιαγραφές αυτής της ενότητας δίνονται παρακάτω-

Το MPU6050 διαθέτει γυροσκόπιο 3 αξόνων, Επιταχυνσιόμετρο 3 αξόνων και ψηφιακό επεξεργαστή κίνησης ενσωματωμένο σε ένα μόνο τσιπ.
Λειτουργεί με την τροφοδοσία 3V-5V.
Το MPU6050 χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο I2C για επικοινωνία και μεταφορά δεδομένων.
Αυτή η μονάδα διαθέτει ενσωματωμένο ADC 16 bit που παρέχει μεγάλη ακρίβεια.
Το MPU6050 μπορεί να συνδεθεί με άλλες συσκευές IIC όπως τα μαγνητόμετρα.
Το MPU6050 διαθέτει επίσης ενσωματωμένο αισθητήρα θερμοκρασίας.
Ο δίαυλος αισθητήρα I2C το βοηθά να συλλέγει δεδομένα απευθείας από εξωτερική πυξίδα 3 αξόνων, την οποία χρησιμοποιεί για να παρέχει μια πλήρη έξοδο MotionFusion 9 αξόνων.
Για τους κατασκευαστές, το MPU6050 εξαλείφει την ανάγκη επιλογής, πιστοποίησης και ενσωμάτωσης διακριτών συσκευών σε επίπεδο συστήματος.
Χρησιμοποιώντας τη θύρα I2C, μπορούν να διασυνδεθούν μη αδρανειακοί αισθητήρες όπως ο αισθητήρας πίεσης.
Το MPU6050 αποτελείται από τρία ADC 16-bit για ψηφιοποίηση 0 εξόδων του γυροσκοπίου και τρία ADC 16-bit για ψηφιοποίηση των εξόδων του επιταχυνσιόμετρου.
Υπάρχει εύρος γυροσκοπίου προγραμματιζόμενου από το χρήστη και εύρος επιταχυνσιόμετρου που μπορεί να προγραμματιστεί από το χρήστη για παρακολούθηση ακριβείας τόσο γρήγορων όσο και αργών κινήσεων.
Υπάρχει ένα buffer FIFO 1024 byte on-chip που βοηθά στη μείωση της κατανάλωσης ισχύος της μονάδας.
Η ανάγκη για συχνή συγκέντρωση της εξόδου του αισθητήρα ελαχιστοποιείται με τη βοήθεια του DMP on-chip.
Το MPU6050 διαθέτει επίσης ταλαντωτή on-chip με διακύμανση ± 1%.
Το MPU6050 διαθέτει φίλτρα χαμηλής διέλευσης για γυροσκόπιο, επιταχυνσιόμετρο και αισθητήρα θερμοκρασίας.
Ο πείρος αναφοράς VLOGIC χρησιμοποιείται για τον καθορισμό των επιπέδων λογικής της διασύνδεσης I2C.
Το προγραμματιζόμενο από το χρήστη εύρος γυροσκοπίου που υπάρχει στο MPU6050 είναι ± 250, ± 500, ± 1000 και ± 2000 ° / sec.
Ο συγχρονισμός εικόνας, βίντεο και GPS υποστηρίζεται από τον εξωτερικό πείρο συγχρονισμού του γυροσκοπίου.
Αυτό το γυροσκόπιο έχει βελτιώσει την απόδοση θορύβου χαμηλής συχνότητας.
Το γυροσκόπιο χρειάζεται ρεύμα 3,6mA για λειτουργία.
Το φίλτρο χαμηλής διέλευσης του γυροσκοπίου είναι ψηφιακά προγραμματιζόμενο.
Το επιταχυνσιόμετρο που υπάρχει στο MPU6050 λειτουργεί σε 500μA ρεύματος.
Το προγραμματιζόμενο εύρος πλήρους κλίμακας αυτού του επιταχυνσιόμετρου είναι ± 2g, ± 4g, ± 8g και 16g.
Το επιταχυνσιόμετρο μπορεί επίσης να ανιχνεύσει προσανατολισμό, ανίχνευση βρύσης.
Οι προγραμματιζόμενες διακοπές χρήστη υπάρχουν για το επιταχυνσιόμετρο.
Μεταξύ των αξόνων επιταχυνσιόμετρου και γυροσκοπίου υπάρχει μια ελάχιστη ευαισθησία σταυρωτά.
Για επικοινωνία με όλους τους καταχωρητές χρησιμοποιείται 400kHz γρήγορη λειτουργία I2C.
Το DMP που υπάρχει στο MPU6050 υποστηρίζει αλγόριθμους επεξεργασίας κίνησης 3D και αναγνώρισης χειρονομίας.
Παρέχεται ανάγνωση ριπής για τον επεξεργαστή συστήματος. Μετά την ανάγνωση δεδομένων από το FIFO, ο επεξεργαστής συστήματος μπαίνει σε κατάσταση αδράνειας χαμηλής ισχύος ενώ το MPU συλλέγει περισσότερα δεδομένα.
Λειτουργίες όπως αναγνώριση χειρονομίας, panning, zooming, κύλιση, ανίχνευση βρύσης και ανίχνευση shack υποστηρίζονται από τις προγραμματιζόμενες διακοπές.
Το MPU6050 έχει επίσης μια προαιρετική είσοδο εξωτερικού ρολογιού 32.768kHz ή 19.2Mhz.

Εφαρμογές MPU6050

Μερικές από τις εφαρμογές αυτής της ενότητας δίνονται παρακάτω-

Αυτή η ενότητα χρησιμοποιείται στην τεχνολογία Blurfree για σταθεροποίηση βίντεο ή ακίνητης εικόνας.
Για την αναγνώριση των κινήσεων στον αέρα χρησιμοποιείται αυτή η ενότητα.
Στα συστήματα ασφαλείας και ελέγχου ταυτότητας, το MPU6050 χρησιμοποιείται για την αναγνώριση χειρονομίας.
Για το 'no-touch' UI χρησιμοποιείται έλεγχος και πλοήγηση εφαρμογής MPU6050.
Στην τεχνολογία εντολών κίνησης για χειρονομίες, χρησιμοποιείται αυτή η ενότητα.
Αυτή η ενότητα έχει επίσης βρει εφαρμογή σε κινούμενα παιχνίδια και πλαίσια εφαρμογών.
Στο InstantGesture -IG, το MPU6050 χρησιμοποιείται για αναγνώριση χειρονομίας.
Λόγω του μικρού μεγέθους της, αυτή η μονάδα χρησιμοποιείται σε φορητές συσκευές και φορητό εξοπλισμό παιχνιδιών.
Οι ελεγκτές παιχνιδιών που βασίζονται σε κίνηση έχουν επίσης αυτήν την ενότητα.
3D τηλεχειριστήρια, ποντίκια 3D χρησιμοποιούν επίσης αυτήν την ενότητα.
Τα φορητά που χρησιμοποιούνται για υγεία, γυμναστήριο και αθλητικά περιέχουν επίσης MPU6050.
Αυτή η ενότητα μπορεί επίσης να βρεθεί σε πολλά παιχνίδια.
Για μετρήσεις IMU χρησιμοποιείται MPU6050.
Σε drone και τετρακόπλες, το MPU6050 χρησιμοποιείται για έλεγχο θέσης.
Αυτή η ενότητα έχει επίσης βρει εφαρμογή σε αυτο-εξισορρόπηση ρομπότ.
Το MPU6050 προτιμάται ιδιαίτερα για έλεγχο ρομποτικού βραχίονα.
Τα ρομπότ Humanoid χρησιμοποιούν επίσης αυτήν τη μονάδα για κλίση, περιστροφή, εντοπισμό προσανατολισμού.
Σε smartphone, αυτή η ενότητα χρησιμοποιείται για εφαρμογές όπως επαυξημένη πραγματικότητα, παιχνίδια, έλεγχος εντολών χειρονομίας, πανοραμική λήψη φωτογραφιών και προβολή.
Αυτή η ενότητα έχει επίσης εφαρμοστεί για υπηρεσίες βάσει τοποθεσίας.

Εναλλακτικό IC

Μερικά από τα IC που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως εναλλακτική λύση για το MPU6050 είναι ADXL335, ADXL345, MPU9250, MPU6000.

Αυτή η μονάδα προτιμάται ιδιαίτερα για φορητές συσκευές λόγω του μικρού μεγέθους και των συστημάτων μπαταρίας λόγω των χαμηλών απαιτήσεων κατανάλωσης ενέργειας. Το MPU6050 μπορεί να αλλάξει ένα φορητό κινητό σε μια ισχυρή έξυπνη συσκευή 3D. Οι περαιτέρω λεπτομέρειες σχετικά με τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά και τη λογική διακοπής αυτής της ενότητας μπορούν να βρεθούν σε αυτήν φύλλο δεδομένων . Σε ποιον μικροεπεξεργαστή έχετε διασυνδέσει το MPU6050;