Модуль Pololu AltIMU-10 v5 гироскоп, акселерометр, компас и барометр (LSM6DS33, LIS3MDL, LPS25H)

AltIMU-10 v6 - это инерциальный измерительный блок (IMU) и высотомер, который оснащен гироскопом и акселерометром LSM6DSO и магнитометром LIS3MDL и цифровым барометром LPS22DF. Интерфейс I²C обеспечивает доступ к десяти независимым измерениям давления, вращения, ускорения и магнитного поля, которые можно использовать для расчета высоты и абсолютной ориентации датчика. Плата работает от 2.5 до 5.5 В и имеет расстояние между контактами 2.54 мм.

Код производителя: 2863

Pololu AltIMU-10 v6 - это компактная плата, которая объединяет 3-осевой гироскоп и 3-осевой акселерометр LSM6DSO от ST, 3-осевой магнитометр LIS3MDL и цифровой барометр LPS22DF для формирования инерциального измерительного блока (IMU) и высотомера. Эти датчики - отличные микросхемы, но их небольшие корпуса затрудняют их использование обычным студентом или любителем. Они также работают при напряжении ниже 3.6 В, что может затруднить взаимодействие с микроконтроллерами, работающими при 5 В. AltIMU-10 решает эти проблемы, включив дополнительную электронику, включая регулятор напряжения и схему сдвига уровня, сохраняя при этом общий размер максимально компактным. Плата поставляется полностью укомплектованной своими SMD-компонентами, включая LSM6DSO, LIS3MDL и LPS22DF, как показано на изображении продукта.

AltIMU-10 v6 совместим по выводам с MinIMU-9 v6 и предлагает ту же функциональность, дополненную цифровым барометром, который можно использовать для получения измерений давления и высоты. Он включает второе монтажное отверстие и всего на 0.2″ длиннее MinIMU-9. Любой код, написанный для MinIMU-9 v6, должен также работать с AltIMU-10 v6.

LSM6DSO, LIS3MDL и LPS22DF имеют множество настраиваемых опций, включая динамически выбираемую чувствительность для гироскопа, акселерометра и магнитометра, а также выбираемые разрешения для барометра. Каждый датчик также имеет выбор выходных скоростей передачи данных. Доступ к трем микросхемам можно получить через общий интерфейс I²C/TWI, что позволяет индивидуально обращаться к датчикам через одну линию синхронизации и одну линию данных. Кроме того, вывод конфигурации подчиненного адреса позволяет пользователям изменять адреса I²C датчиков и подключать два AltIMU к одной шине I²C. (Дополнительную информацию см. в разделе «Связь I²C» ниже.)

Девять независимых показаний вращения, ускорения и магнитного поля предоставляют все данные, необходимые для создания системы отсчета ориентации и направления (AHRS), а показания датчика абсолютного давления можно легко преобразовать в высоты, что дает вам в общей сложности десять независимых измерений (иногда называемых 10DOF). С соответствующим алгоритмом микроконтроллер или компьютер могут использовать эти данные для расчета ориентации и высоты платы AltIMU. Гироскоп можно использовать для очень точного отслеживания вращения в короткие сроки, в то время как акселерометр и компас могут помочь компенсировать дрейф гироскопа с течением времени, предоставляя абсолютную систему отсчета. Соответствующие оси двух чипов выровнены на плате для облегчения этих вычислений слияния датчиков.

Визуализация ориентации AHRS, рассчитанной по показаниям MinIMU-9:

Несущая плата включает в себя линейный регулятор напряжения с малым падением напряжения, который обеспечивает напряжение питания 3.3 В, необходимые для LSM6DSO, LIS3MDL и LPS22DF, что позволяет модулю питаться от одного источника питания 2.5 В - 5.5 В. Выход регулятора доступен на выводе VDD и может подавать почти 150 мА на внешние устройства. Плата коммутации также включает в себя схему, которая смещает линии синхронизации и данных I²C на тот же уровень логического напряжения, что и поставляемый VIN, что упрощает сопряжение платы с системами 5 В. Расстояние между выводами платы 2,54 мм облегчает ее использование со стандартными беспаечными макетными платами и перфорированными платами с шагом 2.54 мм.

Технические характеристики:

• Размеры: 25 мм × 13 мм × 3 мм
• Вес без штыревых контактов: 0,8 г
• Рабочее напряжение: от 2.5 В до 5.5 В
• Потребляемый ток: 5 мА
• Формат вывода (I²C):
  • Гироскоп: одно 16-битное показание на ось
  • Акселерометр: один 16-битный датчик на ось
  • Магнитометр: одно 16-битное показание на ось
  • Барометр: 24-битное показание давления (4096 LSb/мбар)
• Диапазон чувствительности:
  • Гироскоп: ±125, ±250, ±500, ±1000 или ±2000°/с
  • Акселерометр: ±2, ±4, ±8 или ±16 g
  • Магнитометр: ±4, ±8, ±12 или ±16 Гаусс
  • Барометр: от 260 мбар до 1260 мбар (от 26 кПа до 126 кПа)

Комплектация:

В комплект входят полоска 1×6 штыревых контактов с шагом 2,54 мм и полоска 1×5 штыревых контактов 2,54 мм под прямым углом , как показано на рисунке ниже. Вы можете припаять полоску штыревых контактов по вашему выбору к плате для использования с пользовательскими кабелями или беспаечными макетными платами или припаять провода непосредственно к самой плате для более компактной установки. На плате есть два монтажных отверстия, которые подходят для винтов #2 или M2 (не входят в комплект).

Использование AltIMU-10 v6:

Подключение:

Для использования AltIMU-10 необходимо минимум четыре соединения: VIN, GND, SCL и SDA. VIN следует подключить к источнику 2.5 - 5.5 В, GND - к 0 вольт, а SCL и SDA следует подключить 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, компаса и высотомера AltIMU-10 v6:

Распиновка:

SCL - Линия синхронизации I²C со смещенным уровнем: ВЫСОКИЙ уровень - VIN, НИЗКИЙ уровень - 0 В

SDA - Линия данных I²C со смещенным уровнем: ВЫСОКИЙ уровень - VIN, НИЗКИЙ уровень - 0 В

GND - Заземление (0 В) для источника питания. Ваш источник управления I²C также должен иметь общее заземление с этой платой.

VIN - Это основное подключение питания от 2.5 В до 5.5 В. Сдвиги уровня SCL и SDA подтягивают старшие биты шины I²C до этого уровня.

VDD - Выход стабилизатора напряжения 3.3 В или низковольтный источник питания логики, в зависимости от VIN. Когда VIN подается и больше 3.3 В, VDD является регулируемым выходом 3.3 В, который может подавать до 150 мА на внешние компоненты. В качестве альтернативы, при взаимодействии с системой 2.5 В - 3.3 В, VIN можно оставить отключенным и питание можно подавать непосредственно на VDD. Никогда не подавайте напряжение на VDD, если подключен VIN, и никогда не подавайте напряжение более 3.6 В на VDD.

SA0 - Вход логического уровня 3.3 В для определения подчиненных адресов I²C трех микросхем (см. ниже). По умолчанию он подтянут к высокому уровню через резистор 10 кОм. Этот вывод не имеет сдвига уровня и не выдерживает 5 В.

Контакты CS, готовности данных и прерывания LSM6DO, LIS3MDL и LPS22DF недоступны на AltIMU-10 v6. В частности, отсутствие контакта CS означает, что дополнительный интерфейс SPI этих микросхем недоступен. Если вам нужны эти функции, рассмотрите возможность использования других плат- носителей LSM6DSO, LIS3MDL и LPS22DF.

Принципиальная схема:

На схеме выше показаны дополнительные компоненты, входящие в состав несущей платы, чтобы сделать LSM6DSO, LIS3MDL и LPS22DF более простыми в использовании, включая стабилизатор напряжения, который позволяет питать плату от одного источника питания 2.5 В - 5.5 В, и схему сдвига уровня, которая обеспечивает связь I²C на том же уровне логического напряжения, что и VIN. Эта схема также доступна в виде загружаемого pdf-файла.

I²C-коммуникация:

Гироскоп и акселерометр LSM6DSO, магнитометр LIS3MDL и барометр LPS22DF можно опрашивать и настраивать через шину I²C. Каждый из четырех датчиков действует как подчиненное устройство на той же шине I²C (т. е. их линии синхронизации и данных связаны вместе для облегчения связи). Кроме того, сдвига уровня на линиях синхронизации I²C (SCL) и данных (SDA) обеспечивают связь I²C с микроконтроллерами, работающими при том же напряжении, что и VIN (от 2.5 В до 5.5 В). Подробное описание протоколов, используемых каждым устройством, можно найти в техническом описании LSM6DSO, техническом описании LIS3MDL и техническом описании LPS22DF. Более подробную информацию об I²C в целом можно найти в спецификации шины I²C компании NXP.

LSM6DSO, LIS3MDL и LPS22DF имеют отдельные подчиненные адреса на шине I²C. Плата соединяет выводы выбора подчиненного адреса (SA0 или SA1) трех микросхем вместе и подтягивает их все к VDD через резистор 10 кОм. Вы можете подать на вывод, обозначенный как SA0, низкий уровень, чтобы изменить подчиненный адрес. Это позволяет вам иметь два AltIMU (или AltIMU v6 и MinIMU v6), подключенных к одной шине I²C. В следующей таблице показаны подчиненные адреса датчиков:

Все три микросхемы AltIMU-10 v6 соответствуют стандартам I²C быстрого режима (400 кГц), а также обычного режима.

Образец кода:

Написана базовая библиотека LSM6 Arduino , библиотека LIS3MDL Arduino и библиотека LPS Arduino, которые упрощают сопряжение AltIMU-10 v6 с платой, совместимой с Arduino, например, A-Star . Они также упрощают настройку датчиков и считывание необработанных данных гироскопа, акселерометра, магнитометра и давления.

Для демонстрации того, что можно сделать с этими данными, вы можете превратить Arduino, подключенный к AltIMU-10 v6, в систему ориентации и направления, или AHRS, с помощью этой программы Arduino. Она использует данные из AltIMU-10 v6 для расчета предполагаемых углов крена, тангажа и рыскания, и вы можете визуализировать вывод AHRS с помощью 3D-тестовой программы на вашем ПК (как показано на снимке экрана выше). Это программное обеспечение основано на работе Хорди Муньоса, Уильяма Премерлани, Хосе Хулио и Дуга Вайбеля.

Советы по протоколу:

В технических описаниях содержится вся информация, необходимая для использования датчиков на AltIMU-10 v6, но выбор важных деталей может занять некоторое время. Вот несколько указаний по связи и настройке LSM6DSO, LIS3MDL и LPS22DF, которые помогут вам начать работу немного быстрее:

Гироскоп, акселерометр, магнитометр и датчик давления по умолчанию находятся в режиме пониженного энергопотребления. Их необходимо включить, установив правильные регистры конфигурации.

Вы можете считывать или записывать данные в несколько регистров в LIS3MDL с помощью одной команды I²C, утверждая старший бит адреса регистра, чтобы включить автоматическое увеличение адреса.

Адрес регистра в LSM6DSO и LPS22DF автоматически увеличивается во время доступа к нескольким байтам, что позволяет вам считывать 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 для каждого чипа с помощью регистра конфигурации.

Помимо технических описаний, ST предоставляет примечания по применению для LSM6DSO, LIS3MDL и LPS22DF, содержащие дополнительную информацию и советы по их использованию.

Ссылки:

• Принципиальная схема гироскопа, акселерометра, компаса и высотомера AltIMU-10 v6 (носитель LSM6DSO, LIS3MDL и LPS22DF)
• Габаритная схема гироскопа, акселерометра, компаса и высотомера AltIMU-10 v6 (носитель LSM6DSO, LIS3MDL и LPS22DF)
• 3D-модель гироскопа, акселерометра, компаса и высотомера AltIMU-10 v6 (носитель LSM6DSO, LIS3MDL и LPS22DF)
• Руководство по сверлению для гироскопа, акселерометра, компаса и высотомера AltIMU-10 v6 (носитель LSM6DSO, LIS3MDL и LPS22DF)
• Техническое описание LSM6DSO
• AN5192: Примечание к применению LSM6DSO
• Техническое описание LIS3MDL
• AN4602: Примечание к применению LIS3MDL
• Техническое описание LPS22DF
• AN5699: Примечание по применению LPS22DF
• Спецификация и руководство пользователя I²C-шины UM10204

Рекомендованные ссылки:

• Библиотека LSM6 для Arduino
• Библиотека LIS3MDL для Arduino
• Библиотека LPS Arduino
• MinIMU-9 + Arduino AHRS
• программное обеспечение minimu9-ahrs для Raspberry Pi
• Быстрая и грубая калибровка компаса в 3D