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

Pololu MinIMU-9 v5 - это инерциальный измерительный блок (IMU), который объединяет 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 в себя регулятор напряжения и схему смещения уровня, которые позволяют 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.

Код производителя: 2738

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 инерциального измерительного блока (IMU). Рекомендуем внимательно прочитать 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 В, что может затруднить взаимодействие микроконтроллеров, работающих при напряжении 5 В. MinIMU-9 v5 решает эти проблемы за счет включения дополнительной электроники, включая регулятор напряжения и схему сдвига уровня, при сохранении габаритных размеров. максимально компактных. Плата поставляется полностью укомплектованной 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, которые обеспечивают некоторое повышение точности (меньший уровень шума и смещения нулевой скорости). MinIMU-9 v5 совместим по выводам с 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 с 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, что позволяет 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 и той же шине I²C.

Девять независимых показаний вращения, ускорения и магнитного поля (иногда называемых 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. Гироскоп можно использовать для очень точного отслеживания вращения в течение короткого промежутка времени, а акселерометр и компас могут помочь компенсировать дрейф гироскопа во времени, предоставляя абсолютную систему отсчета. Соответствующие оси двух чипов выровнены на плате, чтобы облегчить эти вычисления слияния датчиков.

Несущая плата включает в себя линейный стабилизатор напряжения с малым падением напряжения, который обеспечивает напряжение питания 3.3 В, необходимые для LSM6DS33 и LIS3MDL, что позволяет питать модуль от одного источника питания напряжением от 2.5 В до 5.5 В. Выход регулятора доступен на выводе VDD и может подавать почти 150 мА на внешние устройства. На коммутационной плате также имеется схема, которая переводит линии синхронизации и данных I²C на тот же уровень логического напряжения, что и поставляемый VIN, что упрощает 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 В до 5.5 В
• Потребляемый ток: 5 мА
• Выходной 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, которые работают с винтами #2 или M2 (не входят в комплект).

Использование MinIMU-9 v5:

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 В до 5.5 В, GND к 0 В, а 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 В, вы можете оставить VIN отключенным и обойти встроенный регулятор, подключив 3.3 В напрямую к VDD.)

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

Контакты CS, готовности 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 в себя для упрощения использования LSM6DS33 и LIS3MDL, включая регулятор напряжения, который позволяет питать плату от одного источника питания от 2.5 В до 5.5 В и схему сдвига уровня, которая позволяет подключать I²C на том же уровне логического напряжения что и 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 В 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 в целом 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 к VDD через резистор 10 кОм. Вы можете перевести вывод SA0 в низкий уровень, чтобы изменить адрес ведомого устройства. Это позволяет вам иметь два MinIMU (или MinIMU v5 и AltIMU v5), подключенных к одной и той же шине I²C. В следующей таблице показаны подчиненные адреса датчиков:

Обе микросхемы MinIMU-9 v5 совместимы со стандартами быстрого режима (400 кГц) I²C, а также с нормальным режимом.

Образец кода

Созданы базовые библиотеки LSM6DS33 для Arduino и библиотека LIS3MDL для Arduino , которые упрощают 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, вы можете превратить Arduino, подключенную к MinIMU-9 v5, в систему ориентации и курса, или AHRS, с помощью этой программы Arduino . Он использует данные MinIMU-9 для расчета предполагаемых углов крена, тангажа и рыскания, и вы можете визуализировать выходные 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 Вейбеля.

Подсказки протокола:

В таблицах данных содержится вся информация, необходимая для использования датчиков на MinIMU-9 v5, но выделение важных деталей может занять некоторое время. Вот несколько советов по обмену данными и настройке LSM6DS33 и LIS3MDL, которые, как мы надеемся, помогут вам начать работу немного быстрее:

• 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 некоторые 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.

Ссылки:

• LSM6DS33 datasheet Даташит ST LSM6DS33 3D акселерометр и 3D гироскоп
• AN4682: LSM6DS33 application note Использование LSM6DS33 акселерометр и гироскоп
• LIS3MDL datasheet Даташит ST LIS3MDL 3-осевой магнетометр
• AN4602: LIS3MDL application note Использование LIS3MDL
• UM10204 I²C-bus specification and user manual Официальная спецификация I²C-интерфейса от NXP.
• MinIMU-9 v5 schematic diagram Принципиальная схема модуля датчиков MinIMU-9 v5 (LSM6DS33 и LIS3MDL).
• Dimension diagram of the MinIMU-9 v5 Gyro, Accelerometer, and Compass (LSM6DS33 and LIS3MDL Carrier) (326k pdf)
• Drill guide for the MinIMU-9 v5 Gyro, Accelerometer, and Compass (LSM6DS33 and LIS3MDL Carrier) Карта сверловки
• 3D model of the MinIMU-9 v5 Gyro, Accelerometer, and Compass (LSM6DS33 and LIS3MDL Carrier) 3D модель модуля

• LSM6 library for Arduino Библиотека для Arduino для датчиков LSM6DSO и LSM6DS33
• LIS3MDL library for Arduino Библиотека для Arduino для датчика LIS3MDL
• MinIMU-9 + Arduino AHRS Программа визуализации положения датчика в пространстве
• minimu9-ahrs software for Raspberry Pi Программа чтения данных с датчиков Pololu IMU плат через интерфейс I²C. Написана и протестирована на Raspberry Pi? но может работать и на других Linux платах со встроенным интерфейсом I²C
• Quick and Dirty Compass Calibration in 3d Быстрый способ калибровки магнитометра