9 stopni swobody - Razor IMU

Razor IMU to czujnik badający 3 parametry - przyspieszenie [akcelerometr], pole magnetyczne [magnetometr] i szybkość obrotu [żyroskop]. Każdy z parametrów mierzony jest w 3 osiach. Płytka zawiera też mikrokontroler platformy Arduino, który po wprowadzeniu odpowiedniego oprogramowania przetwarza dane z 3 czujników na kąty inercyjnego układu odniesienia (pochylenie, przechylenie, odchylenie). Płytka zawiera czujniki przyśpieszenia ADXL346, magnetometru (kompasu) HMC5883L, żyroskopu ITG-3200, wbudowany kontroler Arduino Pro Mini (ATmega328p, 8MHz, 3,3 V) i układ zasilania.

Parametry techniczne:

• Napięcie zasilania: od 3,5 V do 16 V
• Poziom stanów logicznych: 3,3 V
• ADXL346: 3 osiowy czujnik przyspieszenia z wyjściem cyfrowym o rozdzielczości 13 bitów i pomiarze do +/-16 g
• HMC5883L: 3 osiowy magnetometr (kompas) z wyjściem cyfrowym o rozdzielczości 12 bitów i pomiarze do +/-8 Gausów
• ITG-3200: 3 osiowy żyroskop z wyjściem cyfrowym o rozdzielczości 16 bitów i pomiarze do +/- 2000 stopni obrotu na sekundę
• ATmega328p: Mikrokontroler AVR z wczytanym bootloaderem Arduino Pro Mini 3.3V o zegarze 8 MHz
• Czujniki podłączone są do mikrokontrolera za pomocą magistrali TWI (I2C)

Opis wyprowadzeń:

• [1] - Wyjście szeregowe i zasilania (poziomy logiczne 3,3 V)
• [2] - Dioda LED podłączona do pinu cyfrowego 13 Arduino
• [3] - Wyjście programatora ICSP lub magistrali SPI
• [4] - Przycisk Reset włączający program od nowa
• [5] - Dioda LED sygnalizująca zasilanie
• [6] - Złącze zasilania
• [7] - Włącznik zasilania

[1] Opis wyprowadzeń złącza szeregowego (od lewej):

• GND - Masa zasilania GND
• CTS - Clear to send (Podłączone do GND)
• 3.3V - Wyjście zasilania 3,3V
• RXD - Asynchroniczne wejście szeregowe UART
• TXD - Asynchroniczne wyjście szeregowe UART
• DTR - Data terminal ready (podłączone do Reset)

[6] Opis wyprowadzeń złącza zasilania (od lewej):

• + - Biegun dodatni zasilania +
• - - Biegun ujemny zasilania -

Podłączenie do Arduino:

Płytkę Razor można podłączyć bezpośrednio do komputera przez kabel USB FTDI 3,3V, współpracować z nią jak ze zwykłym Arduino Pro Mini i programować za pomocą Arduino IDE.

Jednak jeśli chcesz ją podłączyć do Arduino, trzeba do tego wykorzystać konwerter poziomów logicznych z 3,3 V na 5 V.

Podłączenie do starszych wersji Arduino (Duemilanove, UNO) można wykonać za pomocą 2 dowolnych pinów cyfrowych i biblioteki "SoftwareSerial". Trzeba mieć jednak na uwadze to, że ta biblioteka nie zapewnia szybkiej transmisji danych (do 9600 bodów) i spowalnia program główny. Można też użyć sprzętowego portu szeregowego dostępnego na pinach cyfrowych 0 i 1. Wiąże się jednak to z zablokowaniem możliwości komunikacji Arduino z komputerem przez port USB.

Arduino Leonardo i MEGA posiadają dodatkowe porty szeregowe, które umożliwiają sprzętową, szybką komunikację z płytką Razor bez poświęcania komunikacji z komputerem.

Przykładowe podłączenie do Arduino UNO R3:

Schemat przedstawia podłączenie płytki Razor do Arduino łącznie z zasilaniem przez Arduino. Piny RX i TX to wybrane piny odbierające i wysyłające dane portu szeregowego.

Program testowy:

Program do płytki Razor IMU do pomiaru położenia czujnika względem Ziemi.

Należy ściągnąć ze strony najnowszy plik o nazwie "RazorAHRSFirmware" i rozpakować go do swojego katalogu "Sketch" z projektami Arduino. Płytkę należy podłączyć za pomocą przewodu FTDI 3,3 V lub innego konwertera USB->Serial o poziomach logicznych 3,3 V. Potem trzeba ustawić w Arduino IDE odpowiedni port szeregowy i rodzaj Arduino jako "Arduino Pro or Pro Mini (8 MHz, 3.3V) w/ ATmega328" Następnie wystarczy otworzyć projekt "Arduino_AHRS" i w linii 129 odkomentować wersję Razora i włączyć Upload programu do płytki.

Jeśli twój przewód szeregowy nie ma wyjścia DTR, płytka sama się nie zaprogramuje. Można to obejść wciskając przycisk "Reset" na płytce w chwili pojawienia się napisu "Binary sketch size: [...]"

Linki:

• Strona Razor IMU na Sparkfun
• Program do Razor IMU
• Opis programu i kalibracji do Razor IMU