MPU6050是一款9軸運動處理傳感器。它集成了3軸MEMS陀螺儀,3軸MEMS加速度計,以及一個可擴展的數字運動處理器DMP(Digital MoTIon Processor),可用I2C接口連接一個第三方的數字傳感器,比如磁力計。擴展之后就可以通過其I2C或SPI接口輸出一個9軸的信號(SPI接口僅在MPU-6000可用)。MPU-6050也可以通過其I2C接口連接非慣性的數字傳感器,比如壓力傳感器。
MPU6050是6軸運動處理傳感器,它集成了3軸MEMS陀螺儀,3軸MEMS加速度計,以及一個可擴展的數字運動處理器DMP。使用它就是為了得到待測物體(如四軸飛行器、平衡小車)x、y、z軸的傾角(俯仰角Pitch、翻滾角Roll、偏航角Yaw)。我們通過 I2C 讀取到 MPU6050 的六個數據(三軸加速度 AD 值、三軸角速度 AD 值)經過姿態融合后就可以得到 Pitch、Roll、Yaw角。
作為測量值的方向參考,傳感器坐標方向定義如上圖所示,屬于右手坐標系(右手拇指指向 x 軸的正方向,食指指向 y 軸的正方向,中指能指向 z 軸的正方向)。
要想知道MPU6050工作原理,得先了解下面倆個傳感器:
①陀螺儀傳感器:
陀螺儀的原理就是,一個旋轉物體的旋轉軸所指的方向在不受外力影響時,是不會改變的。人們根據這個道理,用它來保持方向。然后用多種方法讀取軸所指示的方向,并自動將數據信號傳給控制系統。我們騎自行車其實也是利用了這個原理。輪子轉得越快越不容易倒,因為車軸有一股保持水平的力量。現代陀螺儀可以精確地確定運動物體的方位的儀器,它在現代航空,航海,航天和國防工業中廣泛使用的一種慣性導航儀器。傳統的慣性陀螺儀主要部分有機械式的陀螺儀,而機械式的陀螺儀對工藝結構的要求很高。70年代提出了現代光纖陀螺儀的基本設想,到八十年代以后,光纖陀螺儀就得到了非常迅速的發展,激光諧振陀螺儀也有了很大的發展。光纖陀螺儀具有結構緊湊,靈敏度高,工作可靠。光纖陀螺儀在很多的領域已經完全取代了機械式的傳統的陀螺儀,成為現代導航儀器中的關鍵部件。光纖陀螺儀同時發展的除了環式激光陀螺儀外。
②加速度傳感器:
加速度傳感器是一種能夠測量加速度的傳感器。通常由質量塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和適調電路等部分組成。傳感器在加速過程中,通過對質量塊所受慣性力的測量,利用牛頓第二定律獲得加速度值。根據傳感器敏感元件的不同,常見的加速度傳感器包括電容式、電感式、應變式、壓阻式、壓電式等。
其實說簡單點,在mpu6050中我們用陀螺儀傳感器測角度,用加速度傳感器測加速度。
MPU-60X0 對陀螺儀和加速度計分別用了三個 16 位的 ADC,將其測量的模擬量轉化 為可輸出的數字量。為了精確跟蹤快速和慢速的運動,傳感器的測量范圍都是用戶可控的, 陀螺儀可測范圍為±250,±500,±1000,±2000°/秒(dps),加速度計可測范圍為±2,±4, ±8,±16g。 一個片上 1024 字節的 FIFO,有助于降低系統功耗。 和所有設備寄存器之間的通信采用 400kHz 的 I2C 接口或 1MHz 的 SPI 接口(SPI 僅 MPU-6000 可用)。對于需要高速傳輸的應用,對寄存器的讀取和中斷可用 20MHz 的 SPI。 另外,片上還內嵌了一個溫度傳感器和在工作環境下僅有±1%變動的振蕩器。 芯片尺寸 4×4×0.9mm,采用 QFN 封裝(無引線方形封裝),可承受最大 10000g 的沖 擊,并有可編程的低通濾波器。 關于電源,MPU-60X0 可支持 VDD 范圍 2.5V±5%,3.0V±5%,或 3.3V±5%。另外 MPU-6050 還有一個 VLOGIC 引腳,用來為 I2C 輸出提供邏輯電平。VLOGIC 電壓可取 1.8±5%或者 VDD。
作為一款物理傳感器,其工作原理是利用物理效應,諸如壓電效應,磁致伸縮現象,離化、極化、熱電、光電、磁電等效應,將被測信號量的微小變化轉換成電信號。