Pojďme programovat elektroniku | Mobility | Arduino

Pojďme programovat elektroniku: Jak vlastně funguje akcelerometr a gyroskop nejen ve vašem telefonu

  • Každý současný vybavený mobil má akcelerometr a gyroskop
  • Jenže co každé z těchto čidel vlastně dělá a jak vypadá?
  • Dnes si to vysvětlíme a do hry zapojíme i Airbus A380 a Arduino
Pojďme programovat elektroniku: Jak vlastně funguje akcelerometr a gyroskop nejen ve vašem telefonu
Kapitoly článku

V předchozích kapitolách jsme si ukázali funkci jednoduchého akcelerometru a gyroskopu, přičemž čip MPU-6050 v tom druhém případě obsahoval obě pohybová čidla. Právě čipům, které podobné senzory propojují do sebe, aby podávaly co nejlepší výsledek, říkáme IMUInertial Meassurement Unit.

Pořádná IMU vedle akcelerometru a gyroskopu zpravidla obsahuje ještě magnetometr – kompas, který poslouží především ke kalibraci měření úhlu okolo osy Z, tedy otáčení doleva a doprava v základní rovině. Díky kompasu totiž víme, odkud tento úhel vlastně pokaždé počítat (třeba od severu).

Samotný kompas se přitom pro zjištění tohoto úhlu zase tak často nepoužívá, snadno jej totiž vyruší jakákoliv železná masa, větší spotřebič apod. Zároveň často vyžaduje kalibraci.

Že ji v telefonu neděláte? Jistě, takto výkonný stroj s hromadou dalších senzorů včetně GPS má hromadu času provádět automatickou kalibraci průběžně – třeba v klidu uprostřed noci, kdy vám leží na stole, a neustále tedy seřizovat měření, aby bylo co nejpřesnější.

Další součástí je matematický koprocesor, který se postará o automatickou kalibraci všech členů, anebo změří, že je potřeba ruční a vyzve nás, abychom s tělesem provedli třeba klasickou osmičku, která se používá pro kalibraci kompasu.

IMU jednotka propojuje všechna pohybové čidla dohromady

Specialitou podobných koprocesorů je čištění signálu a výpočet co nejpřesnějších a hlavně nejstabilnějších úhlů otáčení. Právě proto je IMU nezbytnou součástkou všech pokročilejších dronů, protože společně s GPS dává palubnímu počítači přesně vědět, kde se letoun nachází, pod jakým úhlem letí a kam směřuje.

Klepněte pro větší obrázek
IMU jednotka zpravidla nabízí 9 os, automatickou kalibraci a pomocný mikrokontroler, který provede veškeré nutné čistící a geometrické výpočty, abychom se dostali jak k naprosto surovým datům, tak k úhlům pitch, roll a yaw bez jakéhokoliv složitého počítání.

IMU jednotky najdete také v mnoha telefonech, které se chlubí pohybovým koprocesorem – součástí hlavního čipsetu, která se už na hardwarové úrovni stará o to, aby mobil se sportovní aplikací věděl, kolik jste dnes nachodili kroků, jestli jste běželi a kdy jste se naopak s mobilem v rukou váleli na gauči a nespalovali kalorie.

Podobný pohybový koprocesor s IMU jednotkou ve svém nitru má třeba už roky mobilní čipset od Applu. Součástí poslední generace Apple A11 je tak pohybový čip M11 a uvnitř chytrá jednotka IMU od Bosch Sensortec. Najdete ji i v chytrých jablečných hodinkách.

Levná inteligentní IMU jednotka Bosch BNO055

Bosch dnes patří k lídrům miniaturních MEMS IMU, a tak jsem si objednal i jeho levnou inerciální měřící jednotku BNO055 připájenou na čínském prototypovacím modulu GY-955, jehož cena je už mnohem vyšší než u předchozích součástek. Na eBayi ji pořídíte zhruba za 250-400 korun podle obchodníka.

Klepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázek
Čip IMU Bosch BNO055. vedle akcelerometru, gyroskopu a magnetometru má i vlastní matematický koprocesor, který za nás ze všech těchto čidel spočítá automaticky kalibrované a vyčištěné úhly náklonů na všech osách.

Za tuto sumu byste měli získat devítiosou IMU, která sbírá data z akcelerometru (3 osy), gyroskopu (3 osy) a magnetometru (3 osy) a jako matematický koprocesor, který všechna tato data čistí a skládá dohromady, slouží 32bitový armový čip kategorie Cortex M0 a jeho firmware BSX3.0 FusionLib od Bosche.

Mimochodem, jak je patrné z fotografií, i tak se stále jedná o titěrný čip s plochou několika milimetrů čtverečních, což je obdivuhodné. S IMU jednotkou lze komunikovat stejně jako s gyroskopem z předchozí kapitoly skrze sběrnici I2C, ale destička má vyvedené i piny pro sériovou linku UART, která data posílá v binární podobě.

Čip v Arduinu oživíte pomocí toho tohoto návodu konkrétně pro modul GY-955, a po drobných úpravách i pomocí knihoven od Adafruitu, který je však primárně nabízí pro svůj vlastní modul s BNO055.

Video s Airbusem vám však tentokrát neukážu, výsledek by byl totiž při této instalaci prakticky stejný jako v předchozí kapitole s gyroskopem MPU-6050. Jediným rozdílem je pouze stabilnější odečet úhlu otočení okolo osy Z – právě díky kalibračnímu magnetometru.

Tolik tedy k akcelerometrům, gyroskopům a IMU koprocesorům, které na vašich mobilech a chytrých náramcích počítají kroky, umožňují hrát VR/AR hry, starají se o snadnou pilotáž dronů, měření stabilizace v digitálních fotoaparátech a tak dále.

Témata článku: Pojďme programovat elektroniku, Programování, C++, Létání, Mobility, Stavebnice, Arduino, Virtuální realita, Bastlení, Rozšířená realita, Váš telefon, Pilota, Vertikální osa, Sousedství, Coriolis, Otočení, Horizont, Kalibr, RPM, Smyčka, Primitivní způsob, Elektro, Rys, Fun, Setrvačník, Herní počítače na Mall.cz


Určitě si přečtěte

Porovnání deseti cloudových disků: kam a za kolik uložit 100 GB, 1 TB a 10 TB dat?

Porovnání deseti cloudových disků: kam a za kolik uložit 100 GB, 1 TB a 10 TB dat?

** Zjistili jsme, kam do cloudu nejvýhodněji uložíte data ** Vytvořili jsme žebříček cen deseti cloudových úložišť ** Ceny se liší - často i velice výrazně!

Karel Kilián | 102

10 věcí, které nás štvou na Windows 10 a bohužel asi jen tak nepřestanou

10 věcí, které nás štvou na Windows 10 a bohužel asi jen tak nepřestanou

** Windows 10 je na trhu 5 let, ale pořád má velké rezervy ** Ani desátá velká aktualizace, která vyjde na podzim, je nevyřeší ** Štvou nás Windows Update, Store, Nastavení atd.

Lukáš Václavík | 146

Zapomeňte na kometu, české nebe každý den křižují mnohem zajímavější kousky

Zapomeňte na kometu, české nebe každý den křižují mnohem zajímavější kousky

** České nebe každý den křižuje hromada exotických letounů ** Na populární mapě Flightradar24 je ale nenajdete ** Jsou to vojenské letouny USA, UK a NATO

Jakub Čížek | 39


Aktuální číslo časopisu Computer

Megatest mobilů do 8 000 Kč

Test bezdrátových headsetů

Linux i pro začátečníky

Jak surfovat anonymně