Accelerometrele și giroscoapele devin din ce în ce mai populare în electronica de consum, așa că poate este timpul să le adăugați la proiectul dumneavoastră! Parcurgerea categoriei de senzori de la SparkFun dezvăluie o listă imensă a acestor senzori care ar putea fi perfecți pentru următorul tău proiect, dacă ai ști ce fac și care dintre ei se potrivește cel mai bine proiectului tău. Scopul acestui ghid de achiziție este de a vă face să vorbiți aceeași limbă ca și fișele tehnice ale acestor senzori și de a vă ajuta să îl selectați pe cel care se potrivește cel mai bine nevoilor dumneavoastră.

Accelerometre

Ce măsoară un accelerometru? Ei bine, accelerația. Știți… cât de repede accelerează sau încetinește ceva. Veți vedea accelerația afișată fie în unități de metri pe secundă la pătrat (m/s2), fie în unități de forță G (g), care este de aproximativ 9,8m/s2 (valoarea exactă depinde de altitudinea la care vă aflați și de masa planetei pe care vă aflați).

Accelerometrele sunt folosite pentru a detecta atât accelerația statică (de exemplu, gravitația), cât și cea dinamică (de exemplu, porniri/opririri bruște). Una dintre cele mai utilizate aplicații pentru accelerometre este detectarea înclinării. Deoarece sunt afectate de accelerația gravitației, un accelerometru vă poate spune cum este orientat în raport cu suprafața Pământului. De exemplu, iPhone de la Apple are un accelerometru, care îi permite să știe dacă este ținut în modul portret sau peisaj. Un accelerometru poate fi utilizat și pentru a detecta mișcarea. De exemplu, un accelerometru din WiiMote de la Nintendo poate fi folosit pentru a detecta emulațiile de lovituri de dreapta și de spate ale unei rachete de tenis sau rostogolirile unei mingi de bowling. În cele din urmă, un accelerometru poate fi, de asemenea, utilizat pentru a detecta dacă un dispozitiv se află în stare de cădere liberă. Această caracteristică este implementată în mai multe harddisk-uri: dacă este detectată o cădere, harddisk-ul este oprit rapid pentru a se proteja împotriva pierderii de date.

Acum că știți ce fac acestea, să analizăm ce caracteristici ar trebui să căutați atunci când vă alegeți accelerometrul:

• Gama – Limitele superioară și inferioară a ceea ce poate măsura accelerometrul este cunoscută și sub numele de gama sa. În majoritatea cazurilor, o gamă completă mai mică înseamnă o ieșire mai sensibilă; astfel încât puteți obține o citire mai precisă de la un accelerometru cu o gamă completă redusă.
  Vreți să selectați o gamă de detecție care să se potrivească cel mai bine proiectului dvs.; dacă proiectul dvs. va fi supus doar la accelerații între +2g și -2g, un accelerometru cu o gamă de ±250g nu vă va oferi prea multă precizie, dacă nu chiar deloc.
  Dispunem de un sortiment bun de accelerometre, cu intervale maxime care se întind de la ±1g la ±250g. Cele mai multe dintre accelerometrele noastre sunt setate pe o gamă maximă/minimă fixă, însă unele dintre accelerometrele mai sofisticate dispun de intervale selectabile.
• Interfață – Aceasta este o altă specificație dintre cele mai importante. Accelerometrele vor avea o interfață analogică, modulată pe lățime de impulsuri (PWM) sau digitală.
  • Accelerometrele cu ieșire analogică vor produce o tensiune care este direct proporțională cu accelerația detectată. La 0g, ieșirea analogică va sta de obicei la aproximativ mijlocul tensiunii furnizate (de exemplu, 1,65V pentru un senzor de 3,3V). În general, această interfață este cea mai ușor de utilizat, deoarece convertoarele analog-digitale (ADC) sunt implementate în majoritatea microcontrolerelor.
  • Accelerometrele cu o interfață PWM vor produce o undă pătrată cu o frecvență fixă, dar ciclul de funcționare al impulsului va varia în funcție de accelerația detectată. Acestea sunt destul de rare; avem doar unul în catalogul nostru.
  • Accelerometrele digitale dispun de obicei de o interfață serială, fie ea SPI sau I²C. În funcție de experiența dumneavoastră, acestea pot fi cele mai dificil de integrat cu microcontrolerul dumneavoastră. Acestea fiind spuse, accelerometrele digitale sunt populare deoarece au de obicei mai multe caracteristici și sunt mai puțin sensibile la zgomot decât omologii lor analogici.
• Numărul de axe măsurate – Acesta este foarte simplu: din cele trei axe posibile (x, y și z), câte poate detecta accelerometrul? Accelerometrele cu trei axe sunt de obicei calea de urmat; sunt cele mai comune și nu sunt cu adevărat mai scumpe decât accelerometrele cu una sau două axe cu sensibilitate echivalentă.
• Consumul de energie – Dacă proiectul dvs. este alimentat cu baterii, ar trebui să luați în considerare câtă energie va consuma accelerometrul. Consumul de curent necesar va fi de obicei de ordinul a 100 de µA. Unii senzori dispun, de asemenea, de o funcționalitate de adormire pentru a economisi energie atunci când accelerometrul nu este necesar.
• Funcții bonus – Multe accelerometre dezvoltate mai recent pot avea câteva funcții ingenioase, dincolo de simpla producere de date de accelerație. Aceste accelerometre mai noi pot include caracteristici cum ar fi intervale de măsurare selectabile, control de veghe, detectare 0-g și detectare a bătăilor.

3

Gyros

Gyroscoapele măsoară viteza unghiulară, cât de repede se rotește ceva în jurul unei axe. Dacă încercați să monitorizați orientarea unui obiect în mișcare, este posibil ca un accelerometru să nu vă ofere suficiente informații pentru a ști exact cum este orientat. Spre deosebire de accelerometre, giroscoapele nu sunt afectate de gravitație, așa că se completează foarte bine între ele. De obicei, veți vedea viteza unghiulară reprezentată în unități de rotații pe minut (RPM) sau grade pe secundă (°/s). Cele trei axe de rotație sunt referite fie ca x, y și z, fie ca roll, pitch și yaw.

În trecut, giroscoapele au fost folosite pentru navigația spațială, controlul rachetelor, ghidarea subacvatică și ghidarea zborului. Acum încep să fie folosite alături de accelerometre pentru aplicații cum ar fi captarea mișcării și navigarea vehiculelor.
Multele lucruri care au fost luate în considerare la selectarea unui accelerometru se aplică în continuare la selectarea giroscopului perfect:

• Raza de acțiune – Asigurați-vă că viteza unghiulară maximă pe care vă așteptați să o măsurați nu depășește raza maximă de acțiune a giroscopului. Dar, de asemenea, pentru a obține cea mai bună sensibilitate posibilă, asigurați-vă că raza de acțiune a giroscopului nu este mult mai mare decât cea la care vă așteptați.
• Interfață – De fapt, nu există prea multă diversitate în această secțiune, 95% dintre giroscoapele pe care le avem dispun de o ieșire *analogică*. Există câteva care au o interfață digitală – fie SPI, fie I2C.
• Număr de axe măsurate – În comparație cu accelerometrele, giroscoapele sunt puțin în urmă. Abia recent au început să apară pe piață giroscoape ieftine, cu 3 axe. Cele mai multe dintre giroscoapele noastre sunt fie cu 1, fie cu 2 axe. Atunci când le alegeți pe acestea, trebuie să fiți atenți la care dintre cele trei axe va măsura giroscopul; de exemplu, unele giroscoape cu două axe vor măsura tangaj și ruliu, în timp ce altele măsoară tangaj și yală.
• Consumul de energie – Dacă proiectul dvs. este alimentat cu baterii, poate doriți să luați în considerare câtă energie va consuma giroscopul. Consumul de curent necesar va fi de obicei de ordinul a 100 de µA. Unii senzori dispun, de asemenea, de o funcționalitate de adormire pentru a economisi energie atunci când giroscopul nu este necesar.
• Funcții bonus – Nu sunt multe lucruri din această secțiune care să vă uimească. Multe giroscoape dispun de o ieșire de temperatură, care este foarte utilă atunci când se compensează pentru derivă.

IMU

Giroscoapele și accelerometrele sunt grozave, dar singure nu vă oferă suficiente informații pentru a putea calcula confortabil lucruri precum orientarea, poziția și viteza. Pentru a măsura acestea și alte variabile, mulți oameni combină cei doi senzori, pentru a crea o unitate de măsurare inerțială (IMU) care oferă între două și șase grade de libertate (DOF). IMU sunt utilizate pe scară largă în dispozitive care necesită cunoașterea poziției lor exacte, de exemplu, brațe robotizate, rachete ghidate și instrumente utilizate în studiul mișcării corpului.

IMU-urile SparkFun pot fi într-adevăr împărțite în două clase: plăci combinate IMU simple, care montează doar un accelerometru și un giroscop pe un singur PCB, și unități mai complexe care interfațează un microcontroler cu senzorii pentru a produce o ieșire serială. Dacă ați aruncat o privire peste secțiunile anterioare, ar trebui să știți ce fel de specificații trebuie să căutați la IMU: numărul de axe (atât pentru accelerometru, cât și pentru giroscop), intervalul de măsurare al senzorilor și interfața.