الألعاب ثلاثية الأبعاد والصور ثلاثية الأبعاد ومقاطع الفيديو ثلاثية الأبعاد هي تقنية شائعة اليوم. لتحسين تجربة المستخدم النهائي ، تقدم الشركات المصنعة العديد من الأساليب الجديدة. تتمثل الوظائف الرئيسية لتقنية 3D في كشف الدوران ، وكشف الاتجاه ، واستشعار الحركة ، وكشف الإيماءات ، وكذلك التعرف ، وما إلى ذلك ... الأجهزة التي يمكنها قياس هذه الوظائف هي الجيروسكوبات ومقاييس التسارع. نظرًا لأن حجم المنتج النهائي صغير جدًا ، يجب أن تلبي المستشعرات المضمنة فيه أيضًا متطلبات الحجم الصغير. جاء MPU6050 كإجابة على هذا التحدي. حيث أنه أصغر جهاز يحتوي على شريحة متكاملة من الجيروسكوب ومقياس التسارع. يمكن دمجها بسهولة في الهاتف الذكي نظرًا لصغر حجمها.

ما هو MPU6050؟

MPU6050 عبارة عن جهاز تتبع حركة بستة محاور يعتمد على نظام MEMS. يحتوي على جيروسكوب على رقاقة و مقياس التسارع أجهزة الاستشعار مع جهاز استشعار درجة الحرارة . MPU6050 هو جهاز رقمي. هذه الوحدة صغيرة الحجم للغاية ، ولها متطلبات منخفضة لاستهلاك الطاقة ، ودقيقة للغاية ، وقابلية عالية للتكرار ، وتحمل عالي للصدمات ، ولديها قابلية برمجة أداء خاصة بالتطبيق ونقاط سعر المستهلك المنخفضة يمكن ربط MPU6050 بسهولة بأجهزة استشعار أخرى مثل مقياس المغناطيسية والميكروكونترولر.

مخطط كتلة

مخطط كتلة من MPU6050

تتكون وحدة MPU6050 من الكتل والوظائف التالية.

“جدول الحقيقة السابقين أو البوابة ”

مستشعر جيروسكوب معدل MEMS ثلاثي المحاور مع ثلاثة وحدات ADC وتكييف إشارة 16 بت.
مستشعر تسارع ثلاثي المحاور MEMS مزود بثلاث وحدات ADC وتكييف إشارة 16 بت.
محرك معالج الحركة الرقمي على الرقاقة.
واجهات اتصالات رقمية أساسية 12C.
واجهات I2C الإضافية للتواصل مع أجهزة الاستشعار الخارجية مثل مقياس المغناطيسية.
التوقيت الداخلي.
سجلات البيانات لتخزين بيانات المستشعر.
ذاكرة FIFO التي تساعد في تقليل استهلاك الطاقة.
المقاطعات القابلة للبرمجة من قبل المستخدم.
جهاز استشعار درجة حرارة الإخراج الرقمي.
الاختبار الذاتي للجيروسكوب ومقياس التسارع.
LDO والتحيز.
مضخة الشحن.
سجلات الحالة.

مخطط الرسم البياني

يمكن للجيروسكوب الموجود في MPU6050 اكتشاف الدوران حول المحاور الثلاثة X ، Y ، Z. يتسبب تأثير كوريوليس في حدوث اهتزاز عند تدوير الجيروسكوب حول أي من المحاور. يلتقط المكثف هذه الاهتزازات. يتم بعد ذلك تضخيم الإشارة الناتجة وإزالة تشكيلها وتصفيتها لإنتاج جهد يتناسب مع المعدل الزاوي. ثم يتم ترقيم هذا الجهد باستخدام ADC.

يقوم DMP الموجود في MPU6050 بإلغاء تحميل حساب خوارزميات استشعار الحركة من المعالج المضيف. يكتسب DMP البيانات من جميع أجهزة الاستشعار ويخزن القيم المحسوبة في سجلات البيانات الخاصة به أو في FIFO. يمكن الوصول إلى FIFO من خلال الواجهة التسلسلية. باستخدام دبوس AD0 ، يمكن ربط أكثر من وحدة MPU6050 بمعالج دقيق. يمكن استخدام MPU6050 بسهولة مع ملفات اردوينو ، حيث أن MPU6050 به مكتبات جيدة التوثيق متاحة.

أثناء استخدامها في التطبيقات ، يتم سحب خطوط I2C الخاصة بـ MPU6050 عالياً باستخدام المقاوم 4.7kΩ ويتم سحب دبوس المقاطعة لأسفل باستخدام المقاوم 4.7kΩ. عندما تتوفر البيانات في FIFO ، يرتفع دبوس المقاطعة. الآن يمكن للمتحكم قراءة البيانات باستخدام اتصالات I2C أوتوبيس. تحتوي البيانات التي توفرها المكتبات على قيم البيانات التالية - مكونات الرباعية ، زوايا أويلر ، ياو ، الملعب ، لفة ، تسريع العالم الحقيقي ، تسريع الإطار العالمي ، وقيم إحساس إبريق الشاي.

مخطط دبوس

مخطط دبوس من MPU-6050

يتوفر MPU6050 كحزمة صغيرة 4 × 4 × 0.9 مم. هيكل MEMS محكم الإغلاق ومستعبدين على مستوى الرقاقة. يتوفر MPU6050 كحزمة QFN ذات 24 سنًا. ويرد وصف دبوس لهذه الوحدة أدناه-

Pin-1- CLKIN- هو مدخل الساعة المرجعية الخارجية الاختياري. هذا الدبوس متصل بالأرض عندما لا يكون قيد الاستخدام.
Pin-2 و Pin-3 و Pin-4 و Pin-5 هي دبابيس NC. هذه الدبابيس غير متصلة داخليًا.
Pin-6 ، AUX_DA ، هو دبوس البيانات التسلسلي الرئيسي I2C. يستخدم هذا الدبوس لتوصيل أجهزة الاستشعار الخارجية.
Pin-7 ، AUX_CL ، هي الساعة التسلسلية الرئيسية I2C. يستخدم هذا الدبوس لتوصيل أجهزة الاستشعار الخارجية.
Pin-8 ، VLOGIC ، هو دبوس جهد إمداد الإدخال / الإخراج الرقمي.
Pin-9 ، AD0 ، هو عنوان I2C التابع LSB pin.
Pin-10 ، REGOUT ، هو اتصال مكثف مرشح منظم.
Pin-11 ، FSYNC ، هو الإدخال الرقمي لمزامنة الإطار. هذا الدبوس متصل بالأرض عند عدم استخدامه.
Pin-12 ، INT ، هو دبوس الإخراج الرقمي للمقاطعة.
Pin-13 ، VDD ، هو دبوس جهد إمداد الطاقة.
Pin-14 و Pin-15 و Pin-16 و Pin-17 هي دبوس NC. هذه المسامير غير متصلة داخليًا.
Pin-18 ، GND ، هو مصدر الطاقة.
Pin-19 و Pin-21 هما دبابيس RESV. هذه الدبابيس محجوزة.
Pin-20 ، CPOUT ، هو اتصال مكثف مضخة الشحن.
Pin-22 هو RESV ، الدبوس المحجوز.
Pin-23 ، SCL ، هي ساعة I2C التسلسلية.
Pin-24 ، SDA ، هو دبوس البيانات التسلسلي I2C.

مواصفات MPU6050

MPU6050 هو أول جهاز متكامل لتتبع الحركة سداسي المحاور في العالم. بعض مواصفات هذه الوحدة موضحة أدناه-

يحتوي MPU6050 على جيروسكوب ثلاثي المحاور ومقياس تسارع ثلاثي المحاور ومعالج حركة رقمي مدمج في شريحة واحدة.
يعمل على مصدر طاقة 3V-5V.
يستخدم MPU6050 بروتوكول I2C للاتصال ونقل البيانات.
تحتوي هذه الوحدة على ADC مدمج 16 بت والذي يوفر دقة كبيرة.
يمكن ربط MPU6050 بأجهزة IIC الأخرى مثل أجهزة قياس المغناطيسية.
يحتوي MPU6050 أيضًا على مستشعر درجة حرارة مدمج.
يساعد ناقل مستشعر I2C في جمع البيانات مباشرة من بوصلة خارجية ثلاثية المحاور ، والتي تستخدمها لتوفير خرج MotionFusion من 9 محاور.
بالنسبة للمصنعين ، يلغي MPU6050 الحاجة إلى الاختيار والتأهيل والتكامل على مستوى النظام للأجهزة المنفصلة.
باستخدام منفذ I2C الخاص به ، يمكن توصيل أجهزة الاستشعار غير بالقصور الذاتي مثل مستشعر الضغط.
يتكون MPU6050 من ثلاث وحدات ADC سعة 16 بت لرقمنة مخرجات الجيروسكوب وثلاثة وحدات ADC ذات 16 بت لرقمنة مخرجات مقياس التسارع.
يوجد نطاق جيروسكوب قابل للبرمجة بواسطة المستخدم ونطاق مقياس تسارع قابل للبرمجة من أجل التتبع الدقيق لكل من الحركات السريعة والبطيئة.
يوجد مخزن مؤقت FIFO بحجم 1024 بايت على الرقاقة مما يساعد في تقليل استهلاك الطاقة للوحدة.
يتم تقليل الحاجة إلى التجميع المتكرر لمخرجات المستشعر بمساعدة DMP على الرقاقة.
يحتوي MPU6050 أيضًا على مذبذب على الرقاقة بتباين ± 1٪.
يحتوي MPU6050 على مرشحات تمرير منخفض للجيروسكوب ومقياس التسارع ومستشعر درجة الحرارة.
يستخدم دبوس مرجع VLOGIC لضبط المستويات المنطقية لواجهة I2C.
نطاق الجيروسكوب القابل للبرمجة الموجود على MPU6050 هو ± 250 و ± 500 و ± 1000 و ± 2000 درجة / ثانية.
يتم دعم مزامنة الصور والفيديو و GPS بواسطة دبوس المزامنة الخارجي للجيروسكوب.
لقد حسّن هذا الجيروسكوب من أداء الضوضاء منخفضة التردد.
يحتاج الجيروسكوب إلى 3.6 مللي أمبير من التيار للتشغيل.
مرشح تمرير منخفض للجيروسكوب قابل للبرمجة رقميًا.
يعمل مقياس التسارع الموجود في MPU6050 على تيار 500μA.
النطاق الكامل القابل للبرمجة لمقياس التسارع هذا هو ± 2 جم و ± 4 جم و ± 8 جم و 16 جم.
يمكن لمقياس التسارع أيضًا اكتشاف الاتجاه واكتشاف الصنبور.
المقاطعات القابلة للبرمجة للمستخدم موجودة لمقياس التسارع.
بين محاور مقياس التسارع والجيروسكوب ، هناك حد أدنى من حساسية المحور المتقاطع.
للتواصل مع جميع السجلات 400 كيلو هرتز يتم استخدام الوضع السريع I2C.
DMP الموجود في MPU6050 يدعم معالجة الحركة ثلاثية الأبعاد وخوارزميات التعرف على الإيماءات.
يتم توفير قراءة الاندفاع لمعالج النظام. بعد قراءة البيانات الواردة من FIFO ، يدخل معالج النظام في وضع السكون منخفض الطاقة بينما يقوم MPU بجمع المزيد من البيانات.
ميزات مثل التعرف على الإيماءات ، والتحريك ، والتكبير / التصغير ، والتمرير ، واكتشاف النقر ، واكتشاف الكوخ مدعومة بواسطة المقاطعات القابلة للبرمجة.
يحتوي MPU6050 أيضًا على مدخل ساعة خارجي اختياري يبلغ 32.768 كيلو هرتز أو 19.2 ميجا هرتز.

تطبيقات MPU6050

فيما يلي بعض تطبيقات هذه الوحدة:

تُستخدم هذه الوحدة في تقنية Blurfree لتثبيت الفيديو أو الصور الثابتة.
للتعرف على الإيماءات في الهواء ، يتم استخدام هذه الوحدة.
في أنظمة الأمان والمصادقة ، يتم استخدام MPU6050 للتعرف على الإيماءات.
من أجل 'عدم اللمس' ، يتم استخدام التحكم في تطبيق واجهة المستخدم والتنقل MPU6050.
يتم استخدام هذه الوحدة في تقنية أوامر الحركة لاختصارات الإيماءات.
وجدت هذه الوحدة أيضًا تطبيقًا في إطارات ألعاب وتطبيقات تمكّن من الحركة.
في InstantGesture -IG ، يتم استخدام MPU6050 للتعرف على الإيماءات.
نظرًا لصغر حجمها ، تُستخدم هذه الوحدة في الهواتف المحمولة وأجهزة الألعاب المحمولة.
تحتوي وحدات التحكم في الألعاب القائمة على الحركة أيضًا على هذه الوحدة.
أجهزة التحكم عن بعد ثلاثية الأبعاد ، تستخدم الفئران ثلاثية الأبعاد أيضًا هذه الوحدة.
تحتوي الأجهزة القابلة للارتداء المستخدمة للصحة واللياقة والرياضة أيضًا على MPU6050.
يمكن العثور على هذه الوحدة أيضًا في العديد من الألعاب.
لقياسات IMU ، يتم استخدام MPU6050.
في الطائرات بدون طيار والمروحيات الرباعية ، يتم استخدام MPU6050 للتحكم في الموقع.
وجدت هذه الوحدة أيضًا تطبيقًا في الروبوتات ذاتية التوازن.
يُفضل MPU6050 بدرجة كبيرة للتحكم في الذراع الآلية.
تستخدم الروبوتات الروبوتية أيضًا هذه الوحدة للإمالة والدوران واكتشاف الاتجاه.
في الهواتف الذكية ، تُستخدم هذه الوحدة لتطبيقات مثل الواقع المعزز والألعاب والتحكم في أوامر الإيماءات والتقاط الصور البانورامية والعرض.
تم تطبيق هذه الوحدة أيضًا على الخدمات المستندة إلى الموقع.

بديل IC

بعض IC التي يمكن استخدامها كبديل لـ MPU6050 هي ADXL335 و ADXL345 و MPU9250 و MPU6000.

هذه الوحدة مفضلة للغاية للأجهزة المحمولة نظرًا لحجمها الصغير وأنظمتها التي تعمل بالبطارية نظرًا لمتطلبات استهلاك الطاقة المنخفضة. يمكن لـ MPU6050 تغيير الهاتف المحمول باليد إلى جهاز ذكي ثلاثي الأبعاد قوي. يمكن العثور على مزيد من التفاصيل حول الخصائص الكهربائية ومنطق المقاطعة لهذه الوحدة في ورقة البيانات . إلى أي معالج دقيق قمت بتوصيل MPU6050؟