Acelerômetros e giroscópios estão se tornando cada vez mais populares na eletrônica de consumo, então talvez seja hora de você adicioná-los ao seu projeto! Percorrendo a categoria de sensores da SparkFun revela uma enorme lista desses sensores que podem ser perfeitos para o seu próximo projeto, se ao menos você soubesse o que eles fizeram, e qual deles se encaixa melhor no seu projeto. O objectivo deste guia de compras é fazer com que fales a mesma linguagem que as folhas de dados destes sensores e ajudar-te a seleccionar aquele que melhor se adequa às tuas necessidades.

Acelerómetros

O que é um acelerómetro de medida? Bem, aceleração. Você sabe…quão rápido algo está acelerando ou diminuindo a velocidade. Você verá a aceleração exibida ou em unidades de metros por segundo ao quadrado (m/s2), ou força G (g), que é cerca de 9,8m/s2 (o valor exato depende da sua elevação e da massa do planeta em que você está).

Acelerômetros são usados para sentir tanto a aceleração estática (por exemplo, a gravidade) quanto a dinâmica (por exemplo, partidas/paradas súbitas). Uma das aplicações mais amplamente utilizadas para acelerômetros é a sensoriamento de inclinação. Como eles são afetados pela aceleração da gravidade, um acelerômetro pode dizer como ele é orientado em relação à superfície da Terra. Por exemplo, o iPhone da Apple possui um acelerômetro, que lhe permite saber se está sendo mantido em modo retrato ou em modo paisagem. Um acelerômetro também pode ser usado para sentir o movimento. Por exemplo, um acelerómetro no WiiMote da Nintendo pode ser utilizado para sentir as mãos dianteiras e traseiras de uma raquete de ténis, ou os rolos de uma bola de bowling. Finalmente, um acelerômetro também pode ser usado para detectar se um dispositivo está em estado de queda livre. Esta característica é implementada em vários discos rígidos: se uma queda for detectada, o disco rígido é rapidamente desligado para proteger contra perda de dados.

Agora que você saiba o que eles fazem, vamos considerar quais características você deve estar procurando ao selecionar seu acelerômetro:

• Range – Os limites superior e inferior do que o acelerômetro pode medir também é conhecido como seu range. Na maioria dos casos, um alcance menor significa uma saída mais sensível; assim você pode obter uma leitura mais precisa a partir de um acelerômetro com um alcance baixo em escala.
  Você quer selecionar um range de detecção que melhor se ajuste ao seu projeto, se o seu projeto for submetido apenas a acelerações entre +2g e -2g, um acelerômetro de ±250g não lhe dará muita, se alguma, precisão.
  Temos uma boa variedade de acelerômetros, com alcance máximo de ±1g a ±250g. A maioria de nossos acelerômetros são ajustados para uma faixa dura máxima/mínima, entretanto alguns dos acelerômetros mais sofisticados possuem faixas selecionáveis.
• Interface – Esta é outra das especificações mais importantes. Acelerômetros terão ou uma interface analógica, modulada em largura de pulso (PWM), ou digital.
  • Acelerômetros com uma saída analógica produzirão uma tensão que é diretamente proporcional à aceleração sensoreada. A 0g, a saída analógica normalmente residirá aproximadamente no meio da tensão fornecida (por exemplo, 1,65V para um sensor de 3,3V). Geralmente esta interface é a mais fácil de trabalhar, já que conversores analógico-digitais (ADCs) são implementados na maioria dos microcontroladores.
  • Acelerômetros com uma interface PWM produzirão uma onda quadrada com uma freqüência fixa, mas o ciclo de trabalho do pulso variará com a aceleração sensoreada. Estes são bastante raros; temos apenas um em nosso catálogo.
  • Acelerômetros digitais normalmente apresentam uma interface serial seja SPI ou I²C. Dependendo da sua experiência, estes podem ser os mais difíceis de serem integrados com o seu microcontrolador. Dito isto, acelerômetros digitais são populares porque eles normalmente têm mais características, e são menos suscetíveis a ruídos do que seus homólogos analógicos.
• Número de eixos medidos – Este é muito simples: dos três eixos possíveis (x, y, e z), quantos o acelerômetro pode sentir? Acelerômetros de três eixos são normalmente o caminho a seguir; eles são os mais comuns e realmente não são mais caros do que os acelerômetros de um ou dois eixos equivalentes.
• Utilização de energia – Se o seu projeto é alimentado por bateria, você pode querer considerar quanta energia o acelerômetro irá consumir. O consumo de corrente requerido normalmente estará na faixa de 100s de µA. Alguns sensores também possuem a funcionalidade sleep para conservar energia quando o acelerômetro não é necessário.
• Bonus Features – Muitos acelerômetros desenvolvidos mais recentemente podem ter algumas características interessantes, além de apenas produzir dados de aceleração. Estes novos acelerômetros podem incluir características como campos de medição selecionáveis, controle de sono, detecção de 0g e sensoriamento de toque.

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Gyros

Gyroscópios medem a velocidade angular, a rapidez com que algo gira sobre um eixo. Se você estiver tentando monitorar a orientação de um objeto em movimento, um acelerômetro pode não lhe dar informações suficientes para saber exatamente como ele está orientado. Ao contrário dos acelerômetros, os giroscópios não são afetados pela gravidade, por isso eles fazem um grande complemento um ao outro. Você normalmente verá a velocidade angular representada em unidades de rotação por minuto (RPM), ou graus por segundo (°/s). Os três eixos de rotação são referidos como x, y e z, ou roll, pitch e yaw.

No passado, os giroscópios foram usados para navegação espacial, controle de mísseis, orientação subaquática e orientação de vôo. Agora eles estão começando a ser usados junto com acelerômetros para aplicações como captura de movimento e navegação veicular.
Muito do que foi considerado ao selecionar um acelerômetro ainda se aplica à seleção do giroscópio perfeito:

• Range – Certifique-se de que a velocidade angular máxima que você está esperando para medir não exceda o alcance máximo do giroscópio. Mas também, a fim de obter a melhor sensibilidade possível, certifique-se de que o alcance do seu giroscópio não é muito maior do que você está esperando.
• Interface – Na verdade, não há muita diversidade nesta seção, 95% dos giroscópios que temos apresentam um *análogo *saída. Há alguns que têm uma interface digital – SPI ou I2C.
• Número de eixos medidos – Em comparação com acelerômetros, os giroscópios estão um pouco atrás da curva. Só recentemente começaram a aparecer no mercado giroscópios de 3 eixos de baixo custo. A maioria dos nossos giroscópios ou são de 1 ou 2 eixos. Ao selecioná-los, você precisa prestar atenção a qual dos três eixos o giroscópio irá medir; por exemplo, alguns giroscópio de dois eixos irão medir pitch and roll, enquanto outros medem pitch and yaw.
• Power Usage – Se o seu projeto é alimentado por bateria, você pode querer considerar quanta energia o giroscópio irá consumir. O consumo de corrente requerido normalmente estará na faixa dos 100s de µA. Alguns sensores também apresentam funcionalidade de sono para conservar energia quando o giroscópio não é necessário.
• Características de Bônus – Não há muito nesta seção que vai te fazer explodir. Muitos giroscópios apresentam uma saída de temperatura, que é muito útil quando se compensa o desvio.

IMUs

Giroscópios e acelerômetros são ótimos, mas só eles não dão informações suficientes para que você possa calcular confortavelmente coisas como orientação, posição e velocidade. Para medir essas e outras variáveis muitas pessoas combinam os dois sensores, para criar uma unidade de medida inercial (IMU) que fornece dois a seis graus de liberdade (DOF). As IMUs são amplamente utilizadas em dispositivos que requerem conhecimento de sua posição exata, por exemplo braços robóticos, mísseis guiados e ferramentas utilizadas no estudo do movimento do corpo.

SparkFun’s IMUs podem realmente ser divididas em duas classes: simples placas combinadas IMU, que apenas montam um acelerômetro e giroscópio em uma única placa de circuito impresso, e unidades mais complexas que fazem interface com um microcontrolador com os sensores para produzir uma saída serial. Se você já deu uma olhada nas seções anteriores, você deve saber que tipo de especificações deve procurar nas IMUs: o número de eixos (tanto para o acelerômetro quanto para o giroscópio), a faixa de medição dos sensores e a interface.

Glossary of Terms

Range: O intervalo de valores que um dispositivo é capaz de medir é um fator importante para decidir qual é apropriado para o seu projeto. Obviamente um acelerômetro de 24g não lhe fará muito bem para acompanhar o movimento do corpo a menos que você planeje ser lançado no espaço pelo maior estilingue do mundo. Da mesma forma, se o seu acelerômetro atingir 1g, então você não receberá muitos dados úteis sobre, digamos, o lançamento de um foguete. O alcance de um acelerômetro é medido em força-g, ou múltiplos da aceleração devido à gravidade na Terra. O alcance de um giroscópio, que mede a aceleração rotacional, é dado em graus de rotação por segundo.

Interface: O método pelo qual você envia e recebe dados entre um controlador e um dispositivo é chamado de interface. Há vários padrões disponíveis e cada um tem suas vantagens e desvantagens. Os sinais analógicos são fáceis de ler e podem ser medidos pela maioria dos microcontroladores com muito pouco código. A comunicação serial, neste caso, refere-se à UART e requer um pouco mais de processamento, mas é capaz de carregar mais informação do que os sinais analógicos, Serial ou I2C são comuns em situações em que vários eixos precisam ser lidos para um controlador. I2C é uma interface serial de dois fios que permite que vários dispositivos compartilhem um barramento e se comuniquem entre si, é também uma capacidade muito comum entre microcontroladores.

Axes: Isto se refere ao número de direções nas quais a aceleração pode ser medida. Acelerômetros medem a aceleração ao longo dos eixos especificados, enquanto giroscópios medem a aceleração em torno dos eixos.

Power Requirements: Isto representa a quantidade de energia que o dispositivo normalmente consumirá durante a operação, seu sistema deve ser capaz de fornecer pelo menos essa quantidade de corrente e depois algumas para evitar comportamento errático ou condições de brown-out. Muitos dispositivos também têm modos de baixo consumo ou de economia de energia, nos quais eles consumirão consideravelmente menos energia. Também listamos a voltagem nominal do dispositivo para sua conveniência.

Bonus Features: Cada fabricante de aparelhos tem suas próprias idéias sobre o que ‘sinos e apitos’ devem ser adicionados a um giroscópio ou a um acelerômetro. Esta coluna é onde listamos as características extras que diferenciam cada dispositivo do resto.