Kiihtyvyysmittarit ja gyroskoopit ovat yhä suositumpia viihde-elektroniikassa, joten ehkäpä sinun on aika lisätä ne projektiisi! SparkFunin anturikategorian selaaminen paljastaa valtavan luettelon näistä antureista, jotka saattaisivat olla täydellisiä seuraavaan projektiisi, jos vain tietäisit, mitä ne tekevät ja mikä niistä sopii parhaiten projektiisi. Tämän osto-oppaan tavoitteena on saada sinut puhumaan samaa kieltä näiden antureiden datalehtien kanssa ja auttaa sinua valitsemaan tarpeisiisi parhaiten sopiva anturi.
Kiihtyvyysmittarit
Mitä kiihtyvyysmittari mittaa? No, kiihtyvyyttä. Tiedäthän… kuinka nopeasti jokin kiihtyy tai hidastuu. Näet kiihtyvyyden näytettävän joko yksikköinä metriä sekunnissa neliössä (m/s2) tai G-voimana (g), joka on noin 9,8m/s2 (tarkka arvo riippuu korkeudestasi ja planeetan massasta, jolla olet).
Kiihtyvyysmittareita käytetään sekä staattisen (esim. painovoima) että dynaamisen (esim. äkilliset käynnistymiset/pysähtymiset) kiihtyvyyden mittaamiseen. Yksi laajemmin käytetyistä kiihtyvyysmittareiden sovelluksista on kallistuksen havaitseminen. Koska niihin vaikuttaa painovoiman kiihtyvyys, kiihtyvyysmittari voi kertoa, miten se on suunnattu maan pintaan nähden. Esimerkiksi Applen iPhonessa on kiihtyvyysanturi, jonka avulla se tietää, pidetäänkö sitä pysty- vai vaakatasossa. Kiihtyvyysanturia voidaan käyttää myös liikkeen havaitsemiseen. Esimerkiksi Nintendon WiiMote-ohjaimessa olevan kiihtyvyysanturin avulla voidaan aistia tennismailan etu- ja takakäden tai keilapallon rullat. Kiihtyvyysanturia voidaan käyttää myös havaitsemaan, onko laite vapaassa pudotuksessa. Tämä ominaisuus on toteutettu useissa kiintolevyissä: jos kiintolevy havaitsee pudotuksen, se kytkeytyy nopeasti pois päältä suojautuakseen tietojen menetykseltä.
Nyt kun tiedät, mitä kiihtyvyysanturit tekevät, katsotaanpa, mitä ominaisuuksia sinun kannattaa etsiä kiihtyvyysanturia valitessasi:
- Kantama – Kiihtyvyysanturilla mitattavien tietojen ylä- ja alarajaa kutsutaan myös kantamaksi. Useimmissa tapauksissa pienempi koko asteikon alue tarkoittaa herkempää ulostuloa; joten voit saada tarkemman lukeman kiihtyvyysanturista, jonka koko asteikon alue on pieni.
Haluat valita mitta-alueen, joka sopii parhaiten projektiisi; jos projektiisi kohdistuu vain kiihtyvyyksiä välillä +2 g ja -2 g, ±250 g:n mitta-alueen kiihtyvyysmittari ei anna sinulle suurta tarkkuutta, jos lainkaan.
Meillä on hyvä valikoima kiihtyvyysmittareita, joiden enimmäisalueet ulottuvat ±1g:stä ±250g:iin. Useimmat kiihtyvyysmittareistamme on asetettu kovalle maksimi-/minimialueelle, mutta joissakin hienommissa kiihtyvyysmittareissa on valittavissa olevat alueet. - Liitäntä – Tämä on toinen tärkeimmistä eritelmistä. Kiihtyvyysmittareissa on joko analoginen, pulssinleveysmoduloitu (PWM) tai digitaalinen liitäntä.
- Kiihtyvyysmittarit, joissa on analoginen lähtö, tuottavat jännitteen, joka on suoraan verrannollinen havaittuun kiihtyvyyteen. Analoginen ulostulo on 0 g:n kohdalla yleensä noin keskellä syötettyä jännitettä (esim. 1,65 V 3,3 V:n anturissa). Yleensä tämän liitännän kanssa on helpoin työskennellä, koska analogi-digitaalimuunnin (ADC) on toteutettu useimmissa mikrokontrollereissa.
- PWM-liitännällä varustetut kiihtyvyysmittarit tuottavat neliöaallon, jonka taajuus on kiinteä, mutta pulssin sykli vaihtelee havaitun kiihtyvyyden mukaan. Nämä ovat melko harvinaisia; luettelossamme on vain yksi.
- Digitaalisissa kiihtyvyysmittareissa on yleensä sarjaliitäntä, oli se sitten SPI tai I²C. Riippuen kokemuksestasi, nämä saattavat olla vaikeinta saada integroitua mikrokontrolleriin. Tästä huolimatta digitaaliset kiihtyvyysmittarit ovat suosittuja, koska niissä on yleensä enemmän ominaisuuksia ja ne ovat vähemmän alttiita kohinalle kuin analogiset vastineensa.
- Mitattavien akselien määrä – Tämä on hyvin suoraviivaista: kuinka monta akselia kiihtyvyysmittari pystyy aistimaan kolmesta mahdollisesta akselista (x, y ja z)? Kolmen akselin kiihtyvyysanturit ovat yleensä paras vaihtoehto; ne ovat yleisimpiä, eivätkä ne todellakaan ole kalliimpia kuin yhtä herkät yhden tai kahden akselin kiihtyvyysanturit.
- Virrankulutus – Jos projektisi on paristokäyttöinen, kannattaa miettiä, kuinka paljon virtaa kiihtyvyysanturi kuluttaa. Tarvittava virrankulutus on yleensä 100 µA:n luokkaa. Joissakin antureissa on myös lepotoiminto, joka säästää energiaa, kun kiihtyvyysanturia ei tarvita.
- Lisäominaisuudet – Monissa viime aikoina kehitetyissä kiihtyvyysantureissa voi olla muutama näppärä ominaisuus pelkän kiihtyvyystiedon tuottamisen lisäksi. Näissä uudemmissa kiihtyvyysmittareissa voi olla ominaisuuksia, kuten valittavissa olevat mittausalueet, lepotilan ohjaus, 0-g-tunnistus ja napauttaminen.
SparkFun Triple Axis Accelerometer Breakout – ADXL337
SEN-12786
1
SparkFun Triple Axis Accelerometer Breakout – MMA8452Q
SEN-12756
8
SparkFun Triple Axis Accelerometer Breakout – MMA8452Q (Qwiic)
SEN-14587
1
3-Axis Gyro/Accelerometer IC – MPU-6050
SEN-10937
Dual Axis Gyro – IDG1215
COM-09071
IMUs
Gyroskoopit ja kiihtyvyysmittarit ovat hienoja, mutta yksinään ne eivät anna tarpeeksi tietoa, jotta voit mukavasti laskea esimerkiksi orientaatiota, sijaintia ja nopeutta. Näiden ja muiden muuttujien mittaamiseksi monet ihmiset yhdistävät nämä kaksi anturia inertiamittausyksiköksi (IMU), joka tarjoaa kahdesta kuuteen vapausastetta (DOF). IMU:ita käytetään laajalti laitteissa, jotka vaativat tietoa niiden tarkasta sijainnista, esimerkiksi robottikäsivarret, ohjukset ja työkalut, joita käytetään kehon liikkeen tutkimiseen.
SparkFunin IMU:t voidaan jakaa kahteen luokkaan: yksinkertaisiin IMU-yhdistelmälevyihin, jotka vain asentavat kiihtyvyysanturin ja gyroskoopin yhdelle piirilevylle, ja monimutkaisempiin yksiköihin, jotka yhdistävät mikrokontrollerin antureiden kanssa sarjalähdön tuottamista varten. Jos olet tutustunut edellisiin osioihin, sinun pitäisi tietää, millaisia määrittelyjä IMU:lta kannattaa etsiä: akselien lukumäärä (sekä kiihtyvyysmittarin että gyron osalta), antureiden mittausalue ja liitäntä.
SparkFun 9DoF IMU Breakout – LSM9DS1
SEN-13284
10
SparkFun 9DoF IMU Breakout – ICM-20948 (Qwiic)
SEN-15335
4
SparkFun VR IMU Breakout – BNO080 (Qwiic)
SEN-14686
4
lisätty ostoskoriin! Arvoalue, jonka laite pystyy mittaamaan, on tärkeä tekijä päätettäessä, mikä laite sopii projektiin. On selvää, että 24 g:n kiihtyvyysanturista ei ole paljon hyötyä kehon liikkeen seuraamisessa, ellet aio joutua avaruuteen maailman suurimmalla ritsaheittimellä. Vastaavasti jos kiihtyvyysanturi on korkeintaan 1 g, et saa paljon hyödyllistä tietoa esimerkiksi raketin laukaisusta. Kiihtyvyysanturin kantama mitataan g-voimana eli maan painovoiman aiheuttaman kiihtyvyyden moninkertaisena arvona. Pyörimiskiihtyvyyttä mittaavan gyroskoopin kantama ilmoitetaan pyörimisasteina sekunnissa.
Interface: Menetelmää, jolla lähetät ja vastaanotat tietoja ohjaimen ja laitteen välillä, kutsutaan rajapinnaksi. Käytettävissä on useita standardeja, ja jokaisella on omat etunsa ja haittansa. Analogisia signaaleja on helppo lukea, ja useimmat mikrokontrollerit voivat mitata niitä hyvin pienellä koodilla. Sarjaliikenne viittaa tässä tapauksessa UART:iin, ja se vaatii hieman enemmän prosessointikustannuksia, mutta pystyy kuljettamaan enemmän tietoa kuin analogiset signaalit. Sarja- tai I2C-tiedonsiirto on yleistä tilanteissa, joissa useita akseleita on luettava ohjaimelle. I2C on kaksijohtiminen sarjaliitäntä, jonka avulla useat laitteet voivat jakaa väylän ja kommunikoida keskenään, ja se on myös hyvin yleinen ominaisuus mikrokontrollereissa.
Akselit: Tällä tarkoitetaan niiden suuntien lukumäärää, joissa kiihtyvyyttä voidaan mitata. Kiihtyvyysmittarit mittaavat kiihtyvyyttä määritettyjä akseleita pitkin, kun taas gyroskoopit mittaavat kiihtyvyyttä akselien ympäri.
Virtavaatimukset: Tämä edustaa virran määrää, jonka laite tyypillisesti kuluttaa käytön aikana. Järjestelmäsi pitäisi pystyä tuottamaan vähintään tämän verran virtaa ja vähän enemmänkin, jotta vältetään epätasainen käyttäytyminen tai sähkökatkokset. Monissa laitteissa on myös virransäästö- tai virransäästötiloja, joissa ne kuluttavat huomattavasti vähemmän virtaa. Olemme myös listanneet laitteen nimellisjännitteen avuksesi.
Bonusominaisuudet: Jokaisella laitevalmistajalla on omat käsityksensä siitä, mitä ”kelloja ja pillejä” gyroskooppiin tai kiihtyvyysanturiin pitäisi lisätä. Tässä sarakkeessa luetellaan ne lisäominaisuudet, jotka erottavat kunkin laitteen muista.