Les accéléromètres et les gyroscopes deviennent de plus en plus populaires dans l’électronique grand public, alors il est peut-être temps de les ajouter à votre projet ! Faire défiler la catégorie des capteurs de SparkFun révèle une énorme liste de ces capteurs qui pourraient être parfaits pour votre prochain projet, si seulement vous saviez ce qu’ils font, et lequel correspond le mieux à votre projet. L’objectif de ce guide d’achat est de te faire parler le même langage que les fiches techniques de ces capteurs et de t’aider à choisir celui qui est le mieux adapté à tes besoins.

Accéléromètres

Que mesure un accéléromètre ? Eh bien, l’accélération. Vous savez… à quelle vitesse quelque chose accélère ou ralentit. Vous verrez l’accélération affichée soit en unités de mètres par seconde au carré (m/s2), soit en force G (g), qui est d’environ 9,8m/s2 (la valeur exacte dépend de votre altitude et de la masse de la planète sur laquelle vous vous trouvez).

Les accéléromètres sont utilisés pour détecter l’accélération statique (par exemple la gravité) et dynamique (par exemple les démarrages/arrêts soudains). L’une des applications les plus répandues des accéléromètres est la détection de l’inclinaison. Parce qu’il est affecté par l’accélération de la gravité, un accéléromètre peut vous dire comment il est orienté par rapport à la surface de la Terre. Par exemple, l’iPhone d’Apple possède un accéléromètre qui lui permet de savoir s’il est tenu en mode portrait ou paysage. Un accéléromètre peut également être utilisé pour détecter le mouvement. Par exemple, l’accéléromètre de la WiiMote de Nintendo peut être utilisé pour détecter les coups droits et les revers d’une raquette de tennis, ou les mouvements d’une boule de bowling. Enfin, un accéléromètre peut également être utilisé pour détecter si un dispositif est en état de chute libre. Cette fonctionnalité est mise en œuvre dans plusieurs disques durs : si une chute est détectée, le disque dur s’éteint rapidement pour se protéger contre la perte de données.

Maintenant que vous savez ce qu’ils font, examinons les caractéristiques que vous devez rechercher lors du choix de votre accéléromètre :

• Gamme – Les limites supérieure et inférieure de ce que l’accéléromètre peut mesurer sont également appelées sa gamme. Dans la plupart des cas, une plage pleine échelle plus petite signifie une sortie plus sensible ; vous pouvez donc obtenir une lecture plus précise d’un accéléromètre avec une faible plage pleine échelle.
  Vous voulez sélectionner une plage de détection qui correspondra le mieux à votre projet, si votre projet ne sera soumis qu’à des accélérations comprises entre +2g et -2g, un accéléromètre à plage ±250g ne vous donnera pas beaucoup de précision, voire aucune.
  Nous avons un bon assortiment d’accéléromètres, avec des gammes maximales s’étendant de ±1g à ±250g. La plupart de nos accéléromètres sont réglés sur une plage maximale/minimale dure, mais certains des accéléromètres plus fantaisistes comportent des plages sélectionnables.
• Interface – C’est une autre des spécifications les plus importantes. Les accéléromètres auront soit une interface analogique, soit une interface à modulation de largeur d’impulsion (PWM), soit une interface numérique.
  • Les accéléromètres avec une sortie analogique produiront une tension qui est directement proportionnelle à l’accélération détectée. A 0g, la sortie analogique résidera généralement à peu près au milieu de la tension fournie (par exemple 1,65V pour un capteur de 3,3V). Généralement, cette interface est la plus facile à travailler, car les convertisseurs analogiques-numériques (ADC) sont implémentés dans la plupart des microcontrôleurs.
  • Les accéléromètres avec une interface PWM produiront une onde carrée avec une fréquence fixe, mais le rapport cyclique de l’impulsion variera avec l’accélération détectée. Ils sont assez rares ; nous n’en avons qu’un seul dans notre catalogue.
  • Les accéléromètres numériques disposent généralement d’une interface série que ce soit SPI ou I²C. En fonction de votre expérience, ceux-ci peuvent être les plus difficiles à intégrer à votre microcontrôleur. Cela dit, les accéléromètres numériques sont populaires parce qu’ils ont généralement plus de fonctionnalités et sont moins sensibles au bruit que leurs homologues analogiques.
• Nombre d’axes mesurés – Celui-ci est très simple : sur les trois axes possibles (x, y et z), combien l’accéléromètre peut-il en détecter ? Les accéléromètres à trois axes sont généralement la voie à suivre ; ils sont les plus courants et ils ne sont vraiment pas plus chers que les accéléromètres à un ou deux axes de sensibilité équivalente.
• Utilisation de l’énergie – Si votre projet est alimenté par des piles, vous pourriez vouloir considérer la quantité d’énergie que l’accéléromètre consommera. La consommation de courant requise sera généralement de l’ordre de 100s de µA. Certains capteurs disposent également d’une fonctionnalité de mise en veille pour économiser de l’énergie lorsque l’accéléromètre n’est pas nécessaire.
• Fonctions supplémentaires – De nombreux accéléromètres développés plus récemment peuvent avoir quelques fonctions astucieuses, au-delà de la simple production de données d’accélération. Ces accéléromètres plus récents peuvent inclure des caractéristiques telles que des plages de mesure sélectionnables, le contrôle de la mise en veille, la détection de 0-g et la détection de tapotement.

Gyros

Les gyroscopes mesurent la vitesse angulaire, la vitesse à laquelle quelque chose tourne autour d’un axe. Si vous essayez de surveiller l’orientation d’un objet en mouvement, un accéléromètre peut ne pas vous donner suffisamment d’informations pour savoir exactement comment il est orienté. Contrairement aux accéléromètres, les gyroscopes ne sont pas affectés par la gravité, ils constituent donc un excellent complément. La vitesse angulaire est généralement représentée en unités de rotation par minute (RPM) ou en degrés par seconde (°/s). Les trois axes de rotation sont soit référencés comme x, y et z, soit roulis, tangage et lacet.

Dans le passé, les gyroscopes ont été utilisés pour la navigation spatiale, le contrôle des missiles, le guidage sous l’eau et le guidage de vol. Maintenant, ils commencent à être utilisés aux côtés des accéléromètres pour des applications telles que la capture de mouvement et la navigation de véhicules.
Une grande partie de ce qui a été considéré lors de la sélection d’un accéléromètre s’applique toujours à la sélection du gyroscope parfait :

• Portée – Assurez-vous que la vitesse angulaire maximale que vous vous attendez à mesurer ne dépasse pas la portée maximale du gyroscope. Mais aussi, afin d’obtenir la meilleure sensibilité possible, assurez-vous que la portée de votre gyroscope n’est pas beaucoup plus grande que ce que vous attendez.
• Interface – Il n’y a en fait pas beaucoup de diversité dans cette section, 95% des gyros que nous avons comportent une *sortie analogique *. Il y en a quelques-uns qui ont une interface numérique – soit SPI ou I2C.
• Nombre d’axes mesurés – Par rapport aux accéléromètres, les gyroscopes sont un peu en retard sur la courbe. Ce n’est que récemment que des gyroscopes à 3 axes peu coûteux ont commencé à apparaître sur le marché. La plupart de nos gyroscopes sont soit à 1 ou 2 axes. Lors de la sélection de ceux-ci, vous devez prêter attention à celui des trois axes que le gyroscope mesurera ; par exemple, certains gyros à deux axes mesureront le tangage et le roulis, tandis que d’autres mesureront le tangage et le lacet.
• Utilisation de l’énergie – Si votre projet est alimenté par des piles, vous pourriez vouloir considérer la quantité d’énergie que le gyroscope consommera. La consommation de courant requise sera généralement de l’ordre de 100s de µA. Certains capteurs disposent également d’une fonctionnalité de mise en veille pour conserver l’énergie lorsque le gyroscope n’est pas nécessaire.
• Fonctionnalités supplémentaires – Peu de choses dans cette section vont vous époustoufler. De nombreux gyroscopes disposent d’une sortie température, ce qui est très utile pour compenser la dérive.

IMUs

Les gyroscopes et les accéléromètres sont formidables, mais seuls, ils ne vous donnent pas tout à fait assez d’informations pour pouvoir calculer confortablement des choses comme l’orientation, la position et la vitesse. Pour mesurer ces variables et d’autres encore, de nombreuses personnes combinent les deux capteurs pour créer une unité de mesure inertielle (IMU) qui fournit deux à six degrés de liberté (DOF). Les IMU sont largement utilisées dans les dispositifs qui nécessitent la connaissance de leur position exacte, par exemple les bras robotiques, les missiles guidés et les outils utilisés dans l’étude du mouvement du corps.

Les IMU de SparkFun peuvent vraiment être divisées en deux classes : les cartes combo IMU simples, qui montent simplement un accéléromètre et un gyroscope sur un seul PCB, et les unités plus complexes qui interfacent un microcontrôleur avec les capteurs pour produire une sortie série. Si vous avez jeté un coup d’œil aux sections précédentes, vous devriez savoir quel type de spécifications il faut rechercher dans les IMU : le nombre d’axes (à la fois pour l’accéléromètre et le gyroscope), la plage de mesure des capteurs et l’interface.

Glossaire des termes

Range : La gamme de valeurs qu’un appareil est capable de mesurer est un facteur important pour décider lequel est approprié pour votre projet. De toute évidence, un accéléromètre de 24 g ne vous sera pas d’une grande utilité pour suivre les mouvements du corps, à moins que vous ne prévoyiez d’être projeté dans l’espace par la plus grande fronde du monde. De même, si votre accéléromètre plafonne à 1 g, vous n’obtiendrez pas de données utiles sur le lancement d’une fusée, par exemple. La portée d’un accéléromètre est mesurée en force g, ou en multiples de l’accélération due à la gravité sur Terre. La portée d’un gyroscope, qui mesure l’accélération rotationnelle, est donnée en degrés de rotation par seconde.

Interface : La méthode par laquelle vous envoyez et recevez des données entre un contrôleur et un périphérique est appelée l’interface. Il existe plusieurs normes disponibles et chacune a ses avantages et ses inconvénients. Les signaux analogiques sont faciles à lire et peuvent être mesurés par la plupart des microcontrôleurs avec très peu de code. La communication série, dans ce cas, fait référence à UART et nécessite un peu plus de traitement mais est capable de transporter plus d’informations que les signaux analogiques. Les communications série ou I2C sont courantes dans les situations où plusieurs axes doivent être lus par un contrôleur. I2C est une interface série à deux fils qui permet à plusieurs dispositifs de partager un bus et de communiquer entre eux, c’est aussi une capacité très courante parmi les microcontrôleurs.

Axes : Il s’agit du nombre de directions dans lesquelles l’accélération peut être mesurée. Les accéléromètres mesurent l’accélération le long des axes spécifiés tandis que les gyroscopes mesurent l’accélération autour des axes.

Consommation d’énergie : Cela représente la quantité d’énergie que le dispositif consommera typiquement pendant le fonctionnement, votre système devrait être capable de fournir au moins cette quantité de courant et même plus pour éviter un comportement erratique ou des conditions de brown-out. De nombreux appareils disposent également de modes de faible consommation ou d’économie d’énergie dans lesquels ils consomment beaucoup moins d’énergie. Nous avons également indiqué la tension nominale de l’appareil pour votre commodité.

Fonctions bonus : Chaque fabricant d’appareils a ses propres idées sur les « cloches et les sifflets » qui devraient être ajoutés à un gyroscope ou à un accéléromètre. Cette colonne est l’endroit où nous énumérons ces caractéristiques supplémentaires qui distinguent chaque appareil des autres.