Atalet Ölçüm Birimi (IMU), hareket, yönelim ve yerçekimi kuvvetlerini ölçen ve raporlayan bir sensör cihazıdır. IMU’lar,
robotik, drone stabilizasyonu, hareket algılama, yönelim takibi ve navigasyon sistemleri gibi uygulamalar için
vazgeçilmez olmalarını sağlayan kapsamlı hareket takibi yetenekleri sunmak için birden fazla sensörü birleştirir.
Modern IMU’lar tipik olarak, eksiksiz bir 9 eksenli hareket takibi çözümü oluşturmak için 3 eksenli ivmeölçer (doğrusal
ivmeyi ölçen), 3 eksenli jiroskop (açısal hızı ölçen) ve genellikle 3 eksenli manyetometre (manyetik alanı ölçen)
entegre eder.
1. ICM-20948 IMU
Kartınız, yüksek performanslı 9 eksenli hareket takibi cihazı InvenSense ICM-20948 ile donatılmıştır. Sensör, tek bir
pakette 3 eksenli jiroskop, 3 eksenli ivmeölçer ve 3 eksenli manyetometre barındırır.
1.1. Temel Özellikler
- Programlanabilir tam ölçek aralıklarına sahip 3 Eksenli Jiroskop: ±250, ±500, ±1000, ±2000 DPS
- Programlanabilir tam ölçek aralıklarına sahip 3 Eksenli İvmeölçer: ±2g, ±4g, ±8g, ±16g
- Pusula işlevselliği için 3 Eksenli Manyetometre (AK09916)
- Sıcaklık kompanzasyonu için dijital çıkışlı sıcaklık sensörü
- Hareket algılama ve veri hazır sinyalleri için kullanıcı tarafından programlanabilir kesintiler
- Pil ile çalışan uygulamalar için düşük güç modları
- Gürültü azaltma için Dijital Alçak Geçiren Filtre (DLPF)
1.2. Donanım Bağlantısı
Kartınızdaki ICM-20948, /dev/spidev0.3 adresinde SPI arabirimi üzerinden bağlanmıştır.
2. Örnek Uygulama
t3gemstone/examples reposunda yer alan imu projesi, IMU sensörü ile
etkileşim kurmak için eksiksiz bir C kütüphanesi ve test uygulaması sağlar. Kütüphane, tüm düşük seviyeli iletişimi
yönetir ve sensör verilerini okumak için bir API sağlar.
2.1. Test Uygulaması
Test uygulaması aşağıdaki adımları gerçekleştirir:
- İlklendirme -
/dev/spidev0.3 adresindeki SPI cihazını açar ve sensörü başlatır
- Yapılandırma - İvmeölçeri ±8g ve jiroskopu ±2000 DPS aralığına ayarlar
- Bilgilendirme - Başlangıçta yapılandırma değerlerini ve sıcaklığı yazdırır
- Sürekli izleme - Her 10ms’de ivmeölçer ve jiroskop verilerini okur ve hesaplanan açıları yazdırır
- Açı hesaplama - Yönelim açılarını hesaplamak için Kalman filtrelemesi uygular
- Otomatik kurtarma - Sensör bağlantısını izler ve gerekirse yeniden yapılandırır
Kalman filtresi uygulaması, ivmeölçer ve jiroskop verilerini birleştirerek gürültüyü azaltırken gerçek harekete karşı
duyarlılığı koruyarak düzgün açı tahminleri sağlar.
gemstone@t3-gem-o1:examples$ ./build/examples/imu/imu
# ICM-20948 IMU Accel/Gyro/Temp Test
# ==================================
#
# icm20948 SPI bus and device initialized successfully
# icm20948 Device ID:0xEA
# icm20948 Device id correct!
#
# Temperature: 47.31
# Accel Sensitivity: 4096.00
# Accel Full Scale Range: 8g (+/-)
# Gyro Sensitivity: 16.40
# Gyro Full Scale Range: 2000DPS (+/-)
#
# Continuous test will begin shortly. Press Ctrl+C to exit.
# Angle: x= 0.01, y= 179.22, z= 0.00
# Angle: x= 0.03, y= 179.23, z= 0.00
# Angle: x= 0.05, y= 179.23, z= 0.00
# Angle: x= 0.06, y= 179.23, z= 0.00
# Angle: x= 0.08, y= 179.23, z= -0.00
# Angle: x= 0.09, y= 179.23, z= -0.00
# Angle: x= 0.11, y= 179.23, z= -0.00
# Angle: x= 0.12, y= 179.23, z= -0.00
2.2. API Referansı
icm20948 kütüphanesi şunları sağlar:
- Hem I2C hem de SPI arabirimleri için veri yolu başlatma
- Özelleştirilebilir tam ölçek aralıklarıyla sensör yapılandırması
- İvmeölçer, jiroskop ve sıcaklık için ham veri okuma
- Düzgün yönelim takibi için Kalman filtrelemesi kullanarak açı hesaplama
- Çevrimiçi durum kontrolü ve yeniden yapılandırma ile otomatik kurtarma
- Yapılandırılmış bir veri arabirimi aracılığıyla esnek veri erişimi
2.2.1. İlklendirme
icm20948_handle_t icm20948_create(icm20948_data_t* data, char* tag);
int icm20948_spi_bus_init(icm20948_handle_t sensor, const char* dev_path);
int icm20948_configure(icm20948_handle_t sensor,
icm20948_acce_fs_t acce_fs,
icm20948_gyro_fs_t gyro_fs);
2.2.2. Veri Okuma
int icm20948_get_acce(icm20948_handle_t sensor);
int icm20948_get_gyro(icm20948_handle_t sensor);
int icm20948_get_temp(icm20948_handle_t sensor);
void icm20948_get_angle(icm20948_handle_t sensor, float dt);
2.2.3. Yapılandırma
int icm20948_set_acce_fs(icm20948_handle_t sensor, icm20948_acce_fs_t acce_fs);
int icm20948_set_gyro_fs(icm20948_handle_t sensor, icm20948_gyro_fs_t gyro_fs);
float icm20948_get_acce_sensitivity(icm20948_handle_t sensor);
float icm20948_get_gyro_sensitivity(icm20948_handle_t sensor);
2.2.4. Yardımcı Araçlar
int icm20948_check_online(icm20948_handle_t sensor);
void icm20948_delete(icm20948_handle_t sensor);
2.2.5. Veri Yapısı
Sensör verilerine icm20948_data_t yapısı aracılığıyla erişilir:
typedef struct {
int16_t ax_raw, ay_raw, az_raw; // Ham ivmeölçer verisi
int16_t gx_raw, gy_raw, gz_raw; // Ham jiroskop verisi
float ax, ay, az; // İvmeölçer (g)
float gx, gy, gz; // Jiroskop (derece/s)
float anglex, angley, anglez; // Hesaplanan açılar (derece)
float temp; // Sıcaklık (°C)
} icm20948_data_t;
