MPU6050是一款9軸運(yùn)動(dòng)處理傳感器。它集成了3軸MEMS陀螺儀,3軸MEMS加速度計(jì),以及一個(gè)可擴(kuò)展的數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器DMP(Digital MoTIon Processor),可用I2C接口連接一個(gè)第三方的數(shù)字傳感器,比如磁力計(jì)。擴(kuò)展之后就可以通過(guò)其I2C或SPI接口輸出一個(gè)9軸的信號(hào)(SPI接口僅在MPU-6000可用)。MPU-6050也可以通過(guò)其I2C接口連接非慣性的數(shù)字傳感器,比如壓力傳感器。
MPU6050是6軸運(yùn)動(dòng)處理傳感器,它集成了3軸MEMS陀螺儀,3軸MEMS加速度計(jì),以及一個(gè)可擴(kuò)展的數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器DMP。使用它就是為了得到待測(cè)物體(如四軸飛行器、平衡小車)x、y、z軸的傾角(俯仰角Pitch、翻滾角Roll、偏航角Yaw)。我們通過(guò) I2C 讀取到 MPU6050 的六個(gè)數(shù)據(jù)(三軸加速度 AD 值、三軸角速度 AD 值)經(jīng)過(guò)姿態(tài)融合后就可以得到 Pitch、Roll、Yaw角。
作為測(cè)量值的方向參考,傳感器坐標(biāo)方向定義如上圖所示,屬于右手坐標(biāo)系(右手拇指指向 x 軸的正方向,食指指向 y 軸的正方向,中指能指向 z 軸的正方向)。
要想知道MPU6050工作原理,得先了解下面?zhèn)z個(gè)傳感器:
①陀螺儀傳感器:
陀螺儀的原理就是,一個(gè)旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)軸所指的方向在不受外力影響時(shí),是不會(huì)改變的。人們根據(jù)這個(gè)道理,用它來(lái)保持方向。然后用多種方法讀取軸所指示的方向,并自動(dòng)將數(shù)據(jù)信號(hào)傳給控制系統(tǒng)。我們騎自行車其實(shí)也是利用了這個(gè)原理。輪子轉(zhuǎn)得越快越不容易倒,因?yàn)檐囕S有一股保持水平的力量。現(xiàn)代陀螺儀可以精確地確定運(yùn)動(dòng)物體的方位的儀器,它在現(xiàn)代航空,航海,航天和國(guó)防工業(yè)中廣泛使用的一種慣性導(dǎo)航儀器。傳統(tǒng)的慣性陀螺儀主要部分有機(jī)械式的陀螺儀,而機(jī)械式的陀螺儀對(duì)工藝結(jié)構(gòu)的要求很高。70年代提出了現(xiàn)代光纖陀螺儀的基本設(shè)想,到八十年代以后,光纖陀螺儀就得到了非常迅速的發(fā)展,激光諧振陀螺儀也有了很大的發(fā)展。光纖陀螺儀具有結(jié)構(gòu)緊湊,靈敏度高,工作可靠。光纖陀螺儀在很多的領(lǐng)域已經(jīng)完全取代了機(jī)械式的傳統(tǒng)的陀螺儀,成為現(xiàn)代導(dǎo)航儀器中的關(guān)鍵部件。光纖陀螺儀同時(shí)發(fā)展的除了環(huán)式激光陀螺儀外。
②加速度傳感器:
加速度傳感器是一種能夠測(cè)量加速度的傳感器。通常由質(zhì)量塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和適調(diào)電路等部分組成。傳感器在加速過(guò)程中,通過(guò)對(duì)質(zhì)量塊所受慣性力的測(cè)量,利用牛頓第二定律獲得加速度值。根據(jù)傳感器敏感元件的不同,常見(jiàn)的加速度傳感器包括電容式、電感式、應(yīng)變式、壓阻式、壓電式等。
其實(shí)說(shuō)簡(jiǎn)單點(diǎn),在mpu6050中我們用陀螺儀傳感器測(cè)角度,用加速度傳感器測(cè)加速度。
MPU-60X0 對(duì)陀螺儀和加速度計(jì)分別用了三個(gè) 16 位的 ADC,將其測(cè)量的模擬量轉(zhuǎn)化 為可輸出的數(shù)字量。為了精確跟蹤快速和慢速的運(yùn)動(dòng),傳感器的測(cè)量范圍都是用戶可控的, 陀螺儀可測(cè)范圍為±250,±500,±1000,±2000°/秒(dps),加速度計(jì)可測(cè)范圍為±2,±4, ±8,±16g。 一個(gè)片上 1024 字節(jié)的 FIFO,有助于降低系統(tǒng)功耗。 和所有設(shè)備寄存器之間的通信采用 400kHz 的 I2C 接口或 1MHz 的 SPI 接口(SPI 僅 MPU-6000 可用)。對(duì)于需要高速傳輸?shù)膽?yīng)用,對(duì)寄存器的讀取和中斷可用 20MHz 的 SPI。 另外,片上還內(nèi)嵌了一個(gè)溫度傳感器和在工作環(huán)境下僅有±1%變動(dòng)的振蕩器。 芯片尺寸 4×4×0.9mm,采用 QFN 封裝(無(wú)引線方形封裝),可承受最大 10000g 的沖 擊,并有可編程的低通濾波器。 關(guān)于電源,MPU-60X0 可支持 VDD 范圍 2.5V±5%,3.0V±5%,或 3.3V±5%。另外 MPU-6050 還有一個(gè) VLOGIC 引腳,用來(lái)為 I2C 輸出提供邏輯電平。VLOGIC 電壓可取 1.8±5%或者 VDD。
作為一款物理傳感器,其工作原理是利用物理效應(yīng),諸如壓電效應(yīng),磁致伸縮現(xiàn)象,離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng),將被測(cè)信號(hào)量的微小變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。