اطلاعات عمومی
- نام تراشه: MPU-9255
- تولیدکننده: TDK InvenSense
- مهمترین ویژگی کلیدی: MPU-9255 – سنسور IMU نه محوره، شامل یک شتابسنج سهمحوره (±16g)، یک ژیروسکوپ سهمحوره (±2000dps)، و یک مغناطیسسنج سهمحوره (±4800µT)، که ردیابی جامع حرکت را با خروجی دیجیتال ارائه میدهد.
- دسته عملکردی: سنسور IMU نه محوره ردیابی حرکت (MotionTracking)
- توضیحات فنی کوتاه: MPU-9255 یک سنسور IMU نه محوره ردیابی حرکت است که یک شتابسنج سهمحوره، یک ژیروسکوپ سهمحوره، و یک مغناطیسسنج سهمحوره را بر روی یک تراشه ادغام میکند. این سنسورها را با یک پردازشگر حرکت دیجیتال (DMP) داخلی ترکیب میکند تا قابلیتهای دقیق ردیابی حرکت را فراهم آورد. این دستگاه، خروجی دیجیتال از دادههای ترکیبی حرکت را برای پردازش سیستمی ارائه میدهد.
فلسفه طراحی
MPU-9255 با هدف پر کردن خلاء فنی در نیاز به یک راهحل فشرده، کممصرف و بسیار یکپارچه برای کاربردهای پیچیده حسگر حرکت طراحی شد. این تراشه یک ژیروسکوپ سهمحوره، یک شتابسنج سهمحوره و یک مغناطیسسنج سهمحوره را در یک پکیج واحد، همراه با یک پردازشگر حرکت دیجیتال (DMP) داخلی، یکپارچه میکند. این یکپارچهسازی به منظور سادهسازی طراحی سیستم، کاهش فضای برد و کاهش مصرف کلی انرژی با انتقال وظایف محاسباتی سنگین ترکیب حسگرها از میکروکنترلر میزبان انجام شده است، که در نتیجه امکان ردیابی حرکت قدرتمند و کارآمد را در سیستمهای قابل حمل و تعبیهشده فراهم میآورد.
توضیحات کلی
MPU-9255 یک سنسور IMU (واحد اندازهگیری اینرسی) نه محوره MotionTracking جامع است که چندین روش حسگر را یکپارچه میکند. این دستگاه شامل یک ژیروسکوپ سهمحوره، یک شتابسنج سهمحوره و یک مغناطیسسنج سهمحوره است که همراه با یک پردازشگر حرکت دیجیتال (DMP) داخلی ارائه میشود.
وظیفه اصلی آن، اندازهگیری و پردازش دقیق دادههای حرکت در نه درجه آزادی است. DMP یکپارچه مسئول انجام الگوریتمهای پیچیده ترکیب حسگرها (sensor fusion) و تشخیص ژستها مستقیماً بر روی تراشه است که بار محاسباتی روی پردازنده میزبان را کاهش میدهد.
در یک سیستم الکترونیکی، MPU-9255 به عنوان یک جزء حسگر اصلی عمل میکند که دادههای دقیق جهتگیری و حرکت را به صورت بیدرنگ ارائه میدهد. این سنسور خروجی دیجیتال را به یک کنترلکننده میزبان ارسال میکند و برنامهها را قادر میسازد تا حرکت کاربر، موقعیت دستگاه و جهتگیری فضایی را به طور کارآمد تفسیر کنند.
کاربردها
- گوشیهای هوشمند و تبلتها
- حسگرهای پوشیدنی
- پهپادها و سایر اسباببازیهای پرنده
- دستگاههای اینترنت اشیا (IoT)
ویژگیهای کلیدی
- ادغام ژیروسکوپ سهمحوره، شتابسنج سهمحوره و مغناطیسسنج سهمحوره
- پردازشگر حرکت دیجیتال (DMP) داخلی برای الگوریتمهای پیشرفته پردازش حرکت
- رابطهای ارتباط سریال I2C و SPI اصلی برای تعامل با میزبان
- رابط سریال I2C کمکی برای اتصال سنسورهای خارجی
- مصرف توان پایین برای افزایش عمر باتری
- دامنه مقیاس کامل قابل برنامهریزی (FSR) ژیروسکوپ: ±250, ±500, ±1000, ±2000 dps
- دامنه مقیاس کامل قابل برنامهریزی (FSR) شتابسنج: ±2g, ±4g, ±8g, ±16g
- دامنه مقیاس کامل (FSR) مغناطیسسنج: ±4800 µT
- مبدلهای آنالوگ به دیجیتال (ADCs) ۱۶ بیتی برای تمامی سنسورها
- سنسور دمای خروجی دیجیتال یکپارچه
- پکیج QFN کوچک ۳x۳x۱ میلیمتری
مزایا
- سطح بالای یکپارچگی امکان طراحیهای فشرده و صرفهجویی در فضا را فراهم میکند.
- کاهش مصرف کلی انرژی سیستم به دلیل مدیریت کارآمد سنسور و پردازش داخلی تراشه.
- سادهسازی طراحی سیستم با ارائه دادههای حرکت پردازششده از طریق DMP، که بار کاری میکروکنترلر میزبان را کاهش میدهد.
- ارائه قابلیتهای جامع حسگر حرکت ۹ محوره از یک کامپوننت واحد.
محدودیتها
- نیاز به یک میکروکنترلر میزبان خارجی برای پیکربندی، تفسیر دادهها فراتر از قابلیتهای DMP، و پردازشهای خاص برنامه.
- به عنوان یک دستگاه MEMS، عملکرد آن میتواند به لرزش مکانیکی و شوک حساس باشد که مستلزم طراحی و نصب دقیق برد است.
- عملکرد بهینه، به ویژه برای مغناطیسسنج، ممکن است نیاز به کالیبراسیون میدانی برای جبران اعوجاجهای مغناطیسی محلی داشته باشد.
مشخصات فنی کلیدی
| Parameter | Specification |
|---|---|
| Supply Voltage (VDD) | 1.71V to 3.6V |
| Supply Voltage (VDDIO) | 1.71V to 3.6V |
| Gyro Operating Current | 3.2 mA (max) |
| Accel Operating Current | 450 µA (max) |
| Mag Operating Current | 280 µA (max @ 8Hz output rate) |
| Low Power Accel Mode | 9.8 µA @ 0.98 Hz |
| Sensor Resolution | 16-bit ADCs for Gyroscope, Accelerometer, Magnetometer |
| Gyroscope FSR | ±250, ±500, ±1000, ±2000 dps |
| Accelerometer FSR | ±2g, ±4g, ±8g, ±16g |
| Magnetometer FSR | ±4800 µT |
| Gyroscope Output Rate | Up to 32 kHz |
| Accelerometer Output Rate | Up to 4 kHz |
| Magnetometer Output Rate | Up to 100 Hz (in continuous measurement mode) |
| Operating Temp Range | -40°C to +85°C |
| Package Type | 24-pin QFN (3x3x1 mm) |
معماری داخلی
معماری داخلی MPU-9255 شامل چندین بلوک کلیدی است که برای حسگر و پردازش جامع حرکت طراحی شدهاند. در هسته آن، عناصر حسگر MEMS شامل یک ژیروسکوپ سهمحوره، یک شتابسنج سهمحوره و یک مغناطیسسنج سهمحوره قرار دارند. هر یک از این سنسورها شامل بخشهای آنالوگ جلویی (analog front-ends) اختصاصی برای آمادهسازی سیگنالهای آنالوگ خام قبل از دیجیتالی شدن هستند. این سیگنالهای آمادهسازیشده سپس به مبدلهای آنالوگ به دیجیتال (ADCs) ۱۶ بیتی تغذیه میشوند که خروجیهای سنسور آنالوگ را به دادههای دیجیتال تبدیل میکنند.
پس از ADCs، دادههای دیجیتال سنسور میتوانند توسط پردازشگر حرکت دیجیتال (DMP) پردازش شوند. DMP یک موتور پردازش اختصاصی است که قادر به انجام الگوریتمهای ترکیب حسگرها (sensor fusion)، تشخیص ژستها و سایر وظایف پیچیده پردازش حرکت است، و بدین ترتیب این محاسبات را از میکروکنترلر میزبان منتقل میکند. یک سنسور دمای خروجی دیجیتال نیز برای ارائه خوانشهای دمای محیط یکپارچه شده است. ارتباط داده با پردازنده میزبان از طریق یک رابط دیجیتال I2C یا SPI اصلی انجام میشود. علاوه بر این، یک رابط I2C کمکی امکان اتصال و خواندن دادهها از سنسورهای خارجی را فراهم میکند. یک بافر FIFO (First-In, First-Out) نیز برای ذخیرهسازی موقت دادههای سنسور گنجانده شده است، که با امکان خوانشهای دستهای و کاهش دفعات مداخلات میزبان، کارایی سیستم را بهبود میبخشد. مدارهای کنترل و مدیریت توان بر عملکرد و حالتهای توان بلوکهای داخلی مختلف نظارت میکنند.
سوالات فنی متداول
MPU-9255 چگونه ردیابی حرکت ۹ محوره را انجام میدهد؟
MPU-9255 با ادغام یک ژیروسکوپ سهمحوره، یک شتابسنج سهمحوره و یک مغناطیسسنج سهمحوره بر روی یک تراشه واحد، ردیابی حرکت ۹ محوره را انجام میدهد. این سه نوع سنسور به ترتیب نرخ زاویهای، شتاب خطی و اندازهگیری میدان مغناطیسی را فراهم میکنند که سپس اغلب با کمک پردازشگر حرکت دیجیتال (DMP) داخلی، با یکدیگر ترکیب میشوند تا درک کاملی از جهتگیری و حرکت دستگاه در فضا ارائه دهند.MPU-9255 از چه رابطهای ارتباطی پشتیبانی میکند؟
MPU-9255 از هر دو رابط ارتباط سریال I2C و SPI برای تبادل داده با یک پردازنده میزبان پشتیبانی میکند. طراحان میتوانند هر یک از این رابطها را برای ارتباط اصلی انتخاب کنند. علاوه بر این، یک رابط I2C کمکی نیز برای اتصال و خواندن دادهها از سنسورهای خارجی ارائه شده است که امکان توسعه سیستم را بدون نیاز به پینهای اضافی کنترلکننده میزبان فراهم میکند.هدف از پردازشگر حرکت دیجیتال (DMP) در MPU-9255 چیست؟
پردازشگر حرکت دیجیتال (DMP) یک بلوک سختافزاری یکپارچه است که برای انتقال محاسبات پیچیده از پردازنده میزبان طراحی شده است. هدف آن انجام الگوریتمهای ترکیب سنسورها (sensor fusion)، کالیبراسیون سنسورها و تشخیص ژستها به صورت بیدرنگ بر روی تراشه است. این کار بار محاسباتی روی میکروکنترلر میزبان را کاهش میدهد، مصرف کلی انرژی سیستم را به حداقل میرساند و توسعه نرمافزار برای کاربردهای مرتبط با حرکت را سادهتر میکند.محدوده دمای کاری MPU-9255 چقدر است؟
MPU-9255 برای کارکرد قابل اعتماد در یک محدوده دمایی صنعتی گسترده طراحی شده است. محدوده دمای کاری مشخص شده آن از ۴۰- درجه سانتیگراد تا ۸۵+ درجه سانتیگراد است که آن را برای طیف وسیعی از کاربردهای تعبیهشده و قابل حمل در محیطهای متنوع مناسب میسازد.
قطعات مشابه / جایگزین
- MPU-9250: TDK InvenSense، دستگاه ۹ محوره MotionTracking با سنسورهای یکپارچه.
- ICM-20948: TDK InvenSense، دستگاه MEMS ۹ محوره MotionTracking کممصرف با سنسورهای یکپارچه.
- MPU-6050: TDK InvenSense، دستگاه ۶ محوره MotionTracking شامل شتابسنج و ژیروسکوپ.
- MPU-6500: TDK InvenSense، دستگاه ۶ محوره MotionTracking دارای ژیروسکوپ سهمحوره و شتابسنج سهمحوره.
جدول منابع
| نوع منبع | لینک رسمی تولیدکننده |
|---|---|
| Datasheet | https://invensense.tdk.com/wp-content/uploads/2015/02/MPU-9255-Datasheet.pdf |
| Product Brief | N/A |
| Application Notes | https://invensense.tdk.com/developers/motion-sensor-resources/ |
این بخش به منظور معرفی آیسیهای مهم و پرکاربرد، با هدف آشنایی بیشتر برای طراحان و علاقهمندان به الکترونیک تهیه شده است. لطفاً توجه داشته باشید که تمامی قطعات معرفی شده در اینجا لزوماً بخشی از سبد محصولات ما نیستند؛ با این حال، در صورت نیاز، میتوانید با ارسال درخواست تامین قطعه به orders@old.gebrabit.com با ما در تماس باشید.