Модуль MinIMU-9 v5 гироскоп, акселерометр и компас (LSM6DS33 и LIS3MDL)

Pololu MinIMU-9 v5 - это инерционный измерительный блок (IMU), объединяющий 3-осевой гироскоп и 3-осевой акселерометр LSM6DS33, а также 3-осевой магнитометр LIS3MDL на крошечной плате размером 20.32×12.7 мм. Интерфейс I²C обеспечивает доступ к девяти независимым измерениям вращения, ускорения и магнитного поля, которые можно использовать для расчета абсолютной ориентации датчика. Плата MinIMU-9 v5 включает регулятор напряжения и схему смещения уровня, позволяющих работать в диапазоне от 2.5 до 5.5 В, а расстояние между выводами 2.54 мм, что упрощает использование со стандартными макетными платами без пайки и перфорированными платами с шагом 2.54 мм.

Pololu MinIMU-9 v5 представляет собой компактную плату, которая сочетает в себе 3-осевой гироскоп и 3-осевой акселерометр ST LSM6DS33 и 3-осевой магнитометр LIS3MDL для формирования инерционного измерительного блока (IMU). Рекомендуем внимательно прочесть техническое описание используемых микросхем датчиков перед использованием этого продукта. Эти датчики являются отличными ИС, но их небольшие размеры затрудняют их использование обычным студентом или любителем. Они также работают при напряжении питания ниже 3.6, что может затруднить взаимодействие работающих при напряжении 5 В микроконтроллеров. MinIMU-9 v5 решает эти проблемы за счет включения дополнительной электроники, включая регулятор напряжения и схему сдвига уровня, при сохранении габаритных размеров. максимально компактны. Плата поставляется полностью укомплектованными компонентами SMD, включая LSM6DS33 и LIS3MDL, как показано на изображении модуля.

По сравнению с предыдущей версией MinIMU-9 v3 в версии v5 используются более новые датчики MEMS, обеспечивающие некоторое повышение точности (меньший уровень шума и смещение нулевой скорости). MinIMU-9 v5 совместим по выводам из MinIMU-9 v3, но поскольку в нем используются другие сенсорные чипы, программное обеспечение, написанное для более старых версий IMU, необходимо будет изменить для работы с v5.

MinIMU-9 v5 также совместим по выводам AltIMU-10 v5, который предлагает ту же функциональность, дополненную цифровым барометром, который можно использовать для измерения давления и высоты. AltIMU имеет второе монтажное отверстие и на 5 мм длиннее, чем MinIMU. Любой код, написанный для MinIMU-9 v5, также должен работать с AltIMU-10 v5.

LSM6DS33 и LIS3MDL имеют множество настраиваемых параметров, включая динамически выбираемую чувствительность гироскопа, акселерометра и магнитометра. Каждый датчик также имеет выбор скорости передачи данных. Доступ к двум микросхемам можно получить через общий интерфейс I²C/TWI, позволяющий обращаться к датчикам индивидуально через одну линию синхронизации и одну линию данных. Кроме того, вывод конфигурации подчиненного адреса позволяет пользователям изменять адреса I²C датчиков и подключать два MinIMU к одной шине I²C.

Девять независимых показаний вращения, ускорения и магнитного поля (иногда 9DOF) предоставляют все данные, необходимые для создания системы отсчета ориентации и курса (AHRS). С помощью соответствующего алгоритма микроконтроллер или компьютер могут использовать данные для расчета ориентации платы MinIMU. Гироскопы можно использовать для точного отслеживания вращения в течение короткого промежутка времени, а акселерометр и компас могут помочь компенсировать дрейф гироскопа во времени, предоставляя абсолютную систему отсчета. Подходящие оси двух чипов выровнены на плате, чтобы облегчить эти вычисления слияния датчиков.

Несущая плата включает линейный стабилизатор напряжения с малым падением напряжения, обеспечивающий напряжение питания 3.3 В, необходимые для LSM6DS33 и LIS3MDL, позволяющий питать модуль от одного источника питания напряжением от 2.5 до 5.5 В. Выход регулятора доступен на выводе VDD и может подавать почти 15 мА на наружные устройства. На коммутационной плате также есть схема, которая переводит линии синхронизации и данных I²C на тот же уровень логического напряжения, что и поставляемый VIN, упрощающий подключение платы к 5-вольтовым системам. Расстояние между выводами платы 2,54 мм позволяет легко использовать стандартные макетные платы без пайки и перфорированные платы с шагом отверстий 2,54 мм.

Характеристики:

• Размеры: 20 мм × 13 мм × 3 мм
• Вес без выводов: 0.7 г
• Рабочее напряжение: от 2.5 до 5.5 В
• Потребляемый ток: 5 мА
• Исходный формат (I²C):
• Гироскоп: одно 16-битное чтение на ось
• Акселерометр: одно 16-битное показание на ось
• Магнитометр: одно 16-битное показание на ось
• Диапазон чувствительности:
• Гироскоп: ±125, ±245, ±500, ±1000 или ±2000°/с
• Акселерометр: ±2, ±4, ±8 или ±16 g
• Магнитометр: ±4, ±8, ±12 или ±16 Гс
• Маркировка платы: imu04a
• Альтернативная маркировка: 0J9486

Комплектация:

• В комплект входят полоса 1×6 контактов с шагом 2.54 мм и полоса 1×5 контактов 2.54 мм под прямым углом. Вы можете припаять полоску разъема по вашему выбору к плате для использования с нестандартными кабелями или макетными платами без пайки или припаять провода непосредственно к самой плате для более компактной установки. На плате есть два монтажных отверстия, работающих с винтами #2 или M2 (не входят в комплект).

Соединения:

• Для использования MinIMU-9 v5 необходимо как минимум четыре соединения: VIN, GND, SCL и SDA. VIN должен быть подключен к источнику от 2.5 до 5.5 В, GND до 0 В, SCL и SDA должны быть подключены к шине I²C, работающей на том же логическом уровне, что и VIN. (В качестве альтернативы, если вы используете плату с системой 3.3, вы можете оставить VIN выключенным и обойти встроенный регулятор, подключив 3.3 непосредственно к VDD.)

Распинка гироскопа, акселерометра и компаса Pololu MinIMU-9 v5:

• Название контакта Описание подключения
• CLK Линия синхронизации I²C со смещенным уровнем: HIGH - это VIN, LOW - 0 В
• SDA Линия данных I²C со смещенным уровнем: HIGH - это VIN, LOW - 0 В
• GND Заземление (0 В) для источника питания. Ваш источник управления I²C также должен иметь общую землю с этой платой
• VIN Это основное подключение источника питания от 2.5 до 5.5 В. Преобразователи уровня SCL и SDA подтягивают старшие биты шины I²C к этому уровню
• VDD Выход встроенного регулятора 3.3 или питания низковольтной логики в зависимости от VIN. Когда VIN подаётся и превышает значение напряжения 3.3, VDD представляет собой регулируемый выход 3.3, который может подавать до 150 мА на внешние компоненты. В качестве альтернативы, при подключении к системе с напряжением от 2.5 до 3.3 В, VIN можно оставить отключенным, а питание подавать непосредственно на VDD. Никогда не подавайте напряжение на VDD, когда VIN подключен, и никогда не подавайте на VDD напряжение больше 3.6 В
• SA0 Вход логического уровня 3.3 для определения подчиненных адресов I²C двух микросхем. По умолчанию он подтягивается к высокому уровню через резистор 10 кОм. Этот вывод не имеет сдвига уровня и устойчив к напряжению 5 В.
• Контакты CS, готовность данных и прерывания LSM6DS33 и LIS3MDL недоступны на MinIMU-9 v5. В частности, отсутствие вывода CS означает, что дополнительный интерфейс SPI этих ИС недоступен. Если вам нужны эти функции, рассмотрите возможность использования наших несущих плат LSM6DS33 и несущих плат LIS3MDL.

Принципиальная электрическая схема:

• На приведенной выше схеме показаны дополнительные компоненты, которые несущая плата включает для упрощения использования LSM6DS33 и LIS3MDL, включая регулятор напряжения, позволяющий питать плату от одного источника питания от 2.5 В до 5.5 В и схему смещения уровня, позволяющую подключать I²C на том же уровни логического напряжения так же VIN.

Интерфейс I²C:

• Гироскоп и акселерометр LSM6DS33, а также магнитометр LIS3MDL можно запрашивать и настраивать через шину I²C. Каждый из трех датчиков действует как ведомое устройство на одной и той же шине I²C (т.е. их линии синхронизации и данных связаны вместе для облегчения связи). Кроме того, переключатели уровня на тактовых импульсах I²C (SCL) и линиях передачи данных (SDA) обеспечивают связь I²C с микроконтроллерами, работающими при том же напряжении, что и VIN (от 2.5 до 5.5 В). Подробное объяснение протоколов, используемых каждым устройством, можно найти в техническом описании LSM6DS33 и техническом описании LIS3MDL. Более подробную информацию о шине I²C можно найти в спецификации шины NXP I²C.

• LSM6DS33 и LIS3MDL имеют отдельные адреса ведомых устройств на шине I²C. Плата соединяет контакты выбора подчиненного адреса (SA0 или SA1) двух микросхем вместе и подтягивает их оба VDD через резистор 10 кОм. Для изменения адреса управляемого устройства можно изменить вывод SA0 на низкий уровень. Это позволяет иметь два MinIMU (или MinIMU v5 и AltIMU v5), подключенных к одной и той же шине I²C.

• Датчик Адрес по умолчанию (SA не подключен) Альтернативный адрес (SA=0)

• LSM6DS33 (гироскоп и акселерометр) 1101011b 1101010b
• LIS3MDL (магнитометр) 0011110b 0011100b

• Созданы базовые библиотеки LSM6DS33 для Arduino и библиотека LIS3MDL для Arduino, упрощающие взаимодействие MinIMU-9 v5 с Arduino или Arduino-совместимой платой, такой как A-Star. Они также упрощают настройку датчиков и считывание необработанных данных гироскопа, акселерометра и магнитометра.

• Для демонстрации того, что вы можете делать с этими данными, можно превратить Arduino, подключенную к MinIMU-9 v5, в систему ориентации и курса, или AHRS, с помощью этого приложения Arduino. Он использует данные MinIMU-9 для расчета предполагаемых углов крена, тангажа и шарения, и вы можете визуализировать исходные данные AHRS с помощью программы трехмерного тестирования на своем ПК (как показано на снимке экрана выше). Это программное обеспечение основано на работах Хорди Муньоса, Уильяма Премерлани, Хосе Хулио и Дуга Уэйбеля.

Подсказки протокола:

• В таблицах данных содержится вся информация, необходимая для использования датчиков MinIMU-9 v5, но выделение важных деталей может занять некоторое время. Вот несколько советов по обмену данными и настройкам LSM6DS33 и LIS3MDL, которые, как мы надеемся, помогут вам начать работу поскорее:
• Гироскоп, акселерометр и магнитометр по умолчанию находятся в режиме отключения питания. Вы должны включить их, установив правильные регистры конфигурации.
• Вы можете читать или записывать несколько регистров в LIS3MDL с помощью одной команды I²C, утверждая старший бит адреса регистра, чтобы включить автоматическое увеличение адреса.
• Адрес регистра в LSM6DS33 автоматически увеличивается при многобайтовом доступе, что позволяет читать или записывать несколько регистров в одной команде I²C. В отличие от того, как работают другие датчики ST, автоинкремент включен по умолчанию; вы можете отключить его с помощью поля IF_INC в регистре CTRL3_C.
• В дополнение к описаниям, ST предоставляет примечания по применению для LSM6DS33 и LIS3MDL, содержащие дополнительную информацию и советы по их использованию.