Визначення кута нахилу приладу до горизонту з використанням вимірювальної системи на основі мікроелектромеханічного сенсора MPU6050

Abstract

У теперішній час широке розповсюдження отримали мікроелектромеханічні системи. Яскравими прикладами мікроелектромеханічної системи є акселерометри та гіроскопи. В даній статі розглядається можливість використання вимірювальної системи на основі мікроелектромеханічного сенсорного модуля MPU6050 для визначення кута нахилу приладу по відношенню до горизонту. Даний модуль може використовуватись для цифрового рівня, в різних пристроях для стабілізації положення, для визначення швидкості нахилу і т.і. Основною перевагою мікроелектромеханічного сенсору MPU6050 перед всіма іншими є його дешевизна і широкі можливості вимірювання величин, дані з якого отримуються у цифрових значеннях. MPU6050 дозволяє вимірювати прискорення та частоту обертання, і можливість прямого вимірювання кута нахилу відсутня. Для вимірювання ж кута нахилу використовується «побічна дія», через яку змінюється значення прискорення вільного падіння при зміні кута нахилу до горизонту. Основною проблемою при використанні зазначеного модуля, є те, що покази мають сильний шум, що обмежує його можливість використання для точних вимірів та при необхідності отримання результатів вимірювань при великих швидкостях руху. Але використовуючи математичну обробку результатів вимірювань стає можливим отримувати статичні значення з точністю до 0.05 градуси, що дозволяє ставити сенсор MPU6050 в один ряд з іншими сенсорами призначеними для вимірювання кута нахилу. Наведена авторами методика обробки дозволяє значно знизити цифровий шум, що виникає при статичному положенні сенсору. Зниження цифрового шуму стало можливим завдяки тому, що мікроелектромеханічний сенсор MPU6050 дозволяє вимірювати кутову швидкість, відповідно кут нахилу по відношенню до горизонту не може змінюватись при статичному положенні сенсору, тобто коли кутова швидкість навколо відповідної вісі дорівнює нулю. І навпаки коли з’являється кутова швидкість, то відповідно і з’являється зміна кута нахилу сенсору, більш того чим більше значення кутової швидкості, тим швидше мають змінюватись значення кута нахилу, що і враховано в математичній моделі розрахунку кута нахилу.