ماژول IMU ده محوره CJMCU-10DOF

ماژول IMU ده محوره CJMCU-10DOF

سیستم سنجش موقعیت بر پایه اینرسی یا همان IMU یکی از مهم ترین عناصر سیستم های کنترل موقیعت و در کل سیستم های هدایت و ناوبری است. امروزه نقش IMUها در صنایع دفاعی، رباتیک، هوافضا و … بسیار کلیدی است.

واژه IMU مخفف Inertial Measurement Unit می باشد که می توان به واحد سنجش موقعیت ساکن یا سیستم سنجش موقععیت بر پایه اینرسی ترجمعه شده است. مدار IMU شامل سنسورهای الکترونیکی (شتاب سنج و ژایروسکوپ) با ساختار و تکنولوژی MEMS هستند که می توان از آنها برای اندازه گیری سرعت خودرو، جهت، نیروهای گرانشی و … استفاده کرد.

البته اکثر IMUهای جدیدتر قابلیت افزودن سنسورهای جدید از قبیل سنسور فشار (برای تشخیص ارتفاع)، سنسور تفاضلی فشار (برای تشخیص سرعت) و مگنومتر برای تشخیص دقیق تر حرکات و … وجود دارد اما وظیفه اصلی بر دوش شتاب سنج (برای تشخیص حرکت) و ژایروسکوپ (برای تشخیص زاویه) است.

 واحد IMU با استفاده از ترفندهای طراحی الکترونیکی (فیزیکی) می تواند از لحاظ عملکردی بهبود یابد و دقت و سرعت بهتری را برای استفاده کنندگان خود فراهم آورد. علاوه بر روش طراحی الکترونیکی به تازگی برنامه نویسان با استفاده از تکنیکهای نرم افزاری تشخیص و عملکرد این سنسورها را بهبود بخشیده اند که تحت عنوان تکنولوژی AHRS نام گرفته است.

واژه AHRS مخفف Attitude Heading Reference System به معنی سیستم مرجع ارایه دهنده شاخص های Attitude و Heading می باشد که شامل شتاب سنج ها، ژایروسکوپ ها و قطب نماهای MEMS یا Solid State در سه محور ( 3DOF: 3 Degree Of Freedom) می باشد. یک AHRS مقادیر زوایای اویلری را به شما می دهد. تعریف زوایای اویلری را به بیان بسیار ساده در شکل زیر مشاهده می کنید.

به طور معمول یک AHRS دارای سنسورهای مختلفی است که توسط یک یا چند فیلتر (Complementary , Kalman, Mahony & Madgwick) ترکیب داده، اطلاعات مورد نظر خود را بدست می آورد. پس این روش بر اساس همان روش IMU است با این تفاوت که امکان تشخیص زوایای دقیق تر، بهتر انجام می شود. امروزه تمامی سیستم ها به سمت استفاده از این تکنولوژی حرکت می کنند. برای درک بهتر مطالب به شکل زیر توجه کنید. این شکل بلوک دیاگرام یک سیستم AHRS را نشان می دهد.

کاربرد IMUها و AHRSها به طور معمول در صنایع هوافضا به ویژه پرنده های بدون سرنشین، موشک ها، سفینه های فضایی بکار می روند. اما در مصارف بسیاری همچون گوشیهای هوشمند، ربات ها، کنسول های بازی، اسباب بازی ها و … نیز نقش آنها پررنگ است.

ماژول IMU ده محوره CJMCU-10DOF دارای تراشه MPU9250 می باشد که با داشتن امکانات فوق العاده خود یک IMU  پیشرفته به شمار می رود. علاوه بر این این ماژول از یک سنسور فشار و ارتفاع BMP280 بهره منده شده است که آن را منحصر به فرد و کاربردی تر می سازد.

در این ماژول جدیدترین و پیشرفته ترین سنسور در حوزه IMUها و AHRSها یعنی تراشه MPU9250 محصول invensense بکار برده شده است که تا حدودی کاربرد نظامی نیز دارد. در شکل زیر بلوک دیاگرام داخلی MPU9250 را مشاهده می کنید.

مشخصات ماژول:

• دارای تراشه MPU9250
• دارای رابط I2C و SPI
• دارای رابط کمکی Aux I2C برای اتصال سنسور سوم
• تغذیه 3 الی 5 ولت

مشخصات تراشه MPU9250:

•  3خروجی ADC با دقت 16بیت برای جایروسکوپ
• 3 خروجی ADC با دقت 16بیت برای شتاب سنج
• 3 خروجی ADC با دقت 16بیت برای قطب نما
• بافر FIFO با ظرفيت 1024 بايت
• سنسور دما با رنج اندازه گيري 40- تا 85+ درجه سانتيگراد
• دقت بالا در پردازش حرکت با سرعت کم یا زیاد
• رنج اندازه گیری مقیاس کامل ۸g ,±۴g ,±۲g± و ±۱۶g برای شتاب سنج
• رنج اندازه گیری مقیاس کامل ۲۵۰± ,۵۰۰±,۱۰۰۰±و۲۰۰۰± sec/° برای ژایروسکوپ
• رنج اندازه گیری مقیاس کامل 4800ut± برای قطب نما
• ارتباط از طریق SPI با حداکثر سرعت 1MHz
• ارتباط از طریق I2C با حداکثر سرعت 400KHz