Tìm Hiểu Cảm Biến Gia Tốc - Tài Liệu Text - 123doc

Có thể bạn quan tâm

Tải bản đầy đủ (.pdf) (13 trang)

Trang chủ

Kỹ Thuật - Công Nghệ

Điện - Điện tử

Tìm hiểu cảm biến gia tốc

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.17 MB, 13 trang )

Ngô Thanh Tùng – KSTN CĐT K60CẢM BIẾN GIA TỐCI. Đặt vấn đềĐể khảo sát trạng thái chuyển động của một vật, chúng ta cần biết 3 thông sốđộng học: vị trí, vận tốc, gia tốc. Các thông số trên có thể biến đổi qua lại cho nhaubằng các phép toán đạo hàm và tích phân. Tuy nhiên trong thực tế, người ta thường sửdụng rộng rãi phép toán tích phân vì nó đem lại kết quả tốt hơn khi có nhiễu và sự tắtdần. Chính vì vậy, người ta thường xác định gia tốc để khảo sát chuyển động của mộtvật. Để máy có thể hiểu được thông số gia tốc và sử dụng nó trong các bài toán Tựđộng hóa … ta cần cảm biến gia tốc.1|PageNgô Thanh Tùng – KSTN CĐT K60II. Nguyên lí hoạt động1) Gia tốc kế (Accelerometer)Hãy nhìn vào khoang chứa hình trụcó chứa quả bóng gắn lò xo. Đây là một môhình cảm biến gia tốc khá căn bản. Khoangchứa hình trụ này được gắn liền vào vật thểmà bạn cần đo gia tốc, còn quả bóng là vậtcó thể di chuyển một chiều bên trongkhoang chứa. Khi bạn di chuyển khoangchứa, quả bóng cũng sẽ di chuyển bêntrong khoang chứa, khiến lò xo co hoặc dãnra. Dựa vào độ co dãn của lò xo, bạn có thểđoán biết được lực và gia tốc của chuyểnđộng. Nếu sử dụng 3 cảm biến gia tốc đơngiản phía trên đặt trên 3 chiều X, Y, Z, bạncó thể dễ dàng đo được chuyển động củavật thể trong không gian.2) Con quay hồi chuyển (Gyroscope)Con quay hồi chuyển là thiết bị dùngđể đo hoặc duy trì sự định hướng. Khi đĩaxoay với vận tốc rất cao, sự chuyển hướngtheo moment ngoại lực được giảm thiểugiúp gyroscope hầu như duy trì được độnghiêng của nó. Hiện tượng này được ứngdụng để giám sát độ nghiêng. Gia tốc kếchỉ có thể đo được gia tốc tuyến tính củathiết bị, trong khi con quay hồi chuyển có2|PageNgô Thanh Tùng – KSTN CĐT K60thể nhận biết được hướng của thiết bị, hệ thống có thể dễ dàng ghi nhận những chuyểnđộng theo cả phương ngang hoặc phương thẳng đứng. Cảm biến hoạt động dựa trên hiệuứng Coriolis.III. Cấu tạo1) Gia tốc kế (Accelerometer)Vật thể chuyển động được đo đạc trongcảm biến sẽ là chiếc "lược thưa" màu xanh nhạttrong hình vẽ. Khoang chứa chính là toàn bộkhoảng màu trắng, còn “quả bóng” là vật thểmàu xanh nhạt có hình hơi giống chiếc lược. Lòxo trong cảm biến sẽ là lớp silicon đi dọc chiếclược thưa này. Nếu bạn đo được chuyển độngcủa lớp silicon dọc này, bạn có thể đo đượcchuyển động của cảm biến. Ta cùng nhìn vàomột góc của cảm biến. Tại đây, bạn có thể thấyrằng, một đầu chân của chiếc lược trung tâm và2 chân được gắn trên khoang chứa là 3 phần củamột tụ điện biến thiên. Do đó, khi bộ chiếc lượctrung tâm chuyển động, dòng điện sẽ được sảnsinh. Bằng cách nhận diện các dòng điện này,chúng ta có thể nhận diện được chuyển động củacảm biến. Khi đo độ mạnh yếu của dòng điện,các kỹ sư có thể đo mức độ chuyển động của cảmbiến.3|PageNgô Thanh Tùng – KSTN CĐT K602) Con quay hồi chuyển (Gyroscope)Ta chỉ quan sát 1 loại Gyroscope điển hìnhlà MEMS Gyroscope. Các cảm biến gyroscope sửdụng một khối proof mass dao động theo mộtphương được gọi là phương sơ cấp. Khối nàyđồng thời bị quay quanh một trục, làm xuất hiệnlực Coriolis khiến nó có thêm dao động theophương khác, gọi là phương thứ cấp. Trênphương chuyển động thứ cấp này có gắn bản cựctụ điện để nhận biết sự thay đổi điện dung gây bởichuyển động này, và từ đó là vận tốc xoay. Sơ đồnguyên lý của cảm biến như hình dưới.4|PageNgô Thanh Tùng – KSTN CĐT K60IV. Ứng dụngCảm biến gia tốc có khả năng ứng dụng rất to lớn trong thực tế:a) Kỹ thuật: Cảm biến gia tốc có thể đo gia tốc của các phương tiện, đo daođộng của ô tô, máy móc, nhà cửa, các hệ thống tự động hóa và lắp đặt antoàn. Nó cũng có thể được dùng để đo các hoạt động địa chất, đo độ dốc, vịtrí và tốc độ động học với sự ảnh hưởng hoặc không ảnh hưởng của trọnglực. Một trong những ứng dụng rất quan trọng là cảm biến gia tốc đo gia tốctrọng trường.b) Sinh học: Cảm biến gia tốc cũng được sử dụng rất nhiều trong công nghệsinh học. Dữ liệu với tần số cao của cảm biến gia tốc 2 trục hay 3 trục giúpcác nhà khoa học có thể quan sát rất tốt các hoạt động của các con vật khichúng ở ngoài tự nhiên. Ngoài ra, dữ liệu về gia tốc cho phép các nhà khoahọc xác định tỉ lệ chuyển hóa năng lượng của các loài động vật hoang dã.5|PageNgô Thanh Tùng – KSTN CĐT K60c) Công nghiệp: Cảm biến gia tốc cũng được sử dụng trong việc bảo quảnmáy móc để báo cáo sự dao động và biến đổi của các trục quay, ổ bi,… kịpthời. Được dùng nhiều trong các thiết bị như tua bin, máy bơm, quạt, conlăn, máy nén,… đây là những thiết bị nếu không phát hiện lỗi kịp thời thì sẽdẫn đến sửa chữa rất tốn kém. Dữ liệu về dao động của máy móc giúp ngườisử dụng có thể theo dõi và phát hiện những lỗi này trước khi thiết bị quay bịhỏng.d) Giám sát xây dựng và kết cấu: Cảm biến gia tốc được sử dụng để đo cácchuyển động và dao động của một cấu trúc chịu ảnh hưởng của các hệ thốngchuyển động. Các hệ thống chuyển động bắt nguồn từ vô số nguồn khácnhau như: Hoạt động con người: đi lại, chạy, nhảy, khiêu vũ… Công việc xây dựng: đóng cọc, phá dỡ, khoan, đào… Các máy làm việc: bên trong tòa nhà hay các khu vực lân cận Vận chuyển hàng hóa nặng trên cầu Va chạm xe cộ6|PageNgô Thanh Tùng – KSTN CĐT K60 Tải trọng tác động Sự chấn động: bên trong và bên ngoài các vụ nổ Sự đứt gãy, sụp đổ của các kết cấu Sức gió Áp suất không khí Hỏng kết cấu do sự biến đổi của nền Động đất và hậu chấnViệc theo dõi một cấu trúc phản hồi với tácđộng bên ngoài như thế nào là rất quan trọngđể đánh giá về độ an toàn cũng như tính bềncủa cấu trúc.e) Y học: Trong vài năm gần đây, rất nhiềucông ty đã sản xuất ra các đồng hồ đeo taythể thao có chân đế gắn các cảm biến gia tốcgiúp cho việc theo dõi tốc độ và vị trí chạycủa người đeo nó. Ở Bỉ, các máy đếm bướcsử dụng cảm biến gia tốc được chính phủquảng bá rộng rãi để khuyến khích người dânđi bộ hàng nghìn bước mỗi ngày. HermanDigital Trainer sử dụng cảm biến gia tốc đểđo lực tấn công trong luyện tập thể dục. Nócũng được sử dụng để tính toán các thông sốvề dáng đi. Loại cảm biến này có thể được sửdụng để đo hoặc giám sát con người.f)Định vị: Cảm biến gia tốc được kết hợp vớimột số thiết bị khác và một vài thuật toán cóthể được sử dung như một chiếc la bàn để xác định vị trí, hướng đi và vậntốc của một vật mà không cần các thông số bên ngoài.7|PageNgô Thanh Tùng – KSTN CĐT K60g) Giao thông: Cảm biến gia tốc được sử dụng để phát hiện điểm cao nhấttrong chuyển động của các loại tên lửa. Một trong những ứng dụng thôngdụng nhất của cảm biến gia tốc là trong hệ thống túi khí an toàn của các xehơi hiện đại. Các cảm biến gia tốc xác định những thay đổi đột ngột của giatốc phương tiện để xác định khi nào có va chạm xảy ra và mức độ nghiêmtrọng của va chạm.h) Các thiết bị điện tử cá nhân: Các cảm biến gia tốc được tích hợp trong cácthiết bị điện tử cá nhân giúp xác định hướng của các thiết bị như smartphone,tablet,…Một số smartphone, máynghe nhạc kỹ thuật số cóchứa gia tốc kế để điềukhiển giao diện ngườidùng, thường là để xoayngang/dọcmànhìnhthiết bị sao cho phù hợpvới vị trí của nó.8|PageNgô Thanh Tùng – KSTN CĐT K60Gia tốc kế được sử dụng trong hệ thống kiểm soát cân bằng điện tử để đochuyển động thực tế của xe. Hệ thống máy tính có thể điều chỉnh phanh vàgiảm công suất của xe. Điều này có thể giúp giảm khả năng quay và lật xe.Bàn điều khiển video game Wii của Nintendo sử dụng bộ điều khiển đượcgọi là Wii Remote có chứa một bộ gia tốc kế ba trục và được thiết kế chophép nhận biết chuyển động của tay cầm.Những sản phẩm, dự án hay có thể làm tại nhà: Robot 2 bánh tự cân bằng Máy bay điều khiển từ xa (drone) Chuột máy tính trên không Tay cầm chơi game Hệ thống giữ thăng bằng cho camera/máy ảnh. Các ứng dụng: đếm số bước chân, cảm biến rơi, cảm biến rung/lắc...9|PageNgô Thanh Tùng – KSTN CĐT K60V. Tìm hiểu cảm biến MPU60501) Giới thiệu chungMPU-6050 là cảm biến củahãng InvenSense. MPU-6050 là mộttrong những giải pháp cảm biến chuyểnđộng đầu tiên trên thế giới có tới 6 (mởrộng tới 9) trục cảm biến bao gồm 3axis gyroscope, 3-axis accelerometer vàmột Digital Motion Processor (DMP)tích hợp trong 1 chip duy nhất có kíchthước rất nhỏ (4x4x0.9mm). Với bus cảm biến I2C dành riêng, nó trực tiếp chấp nhậnđầu vào từ một la bàn bên ngoài 3 trục để cung cấp kết quả MotionFusion ™ 9 trụchoàn chỉnh.MPU-6050 có ba bộ chuyển đổi ADC (analog-to-digital) 16-bit để số hóa cácđầu ra con quay hồi chuyển và ba ADC 16-bit để sốhóa các đầu ra gia tốc kế. Để theo dõi chính xác cảchuyển động nhanh và chuyển động chậm, các bộphận này có thang đo chính quy có thể lập trình đượccho người sử dụng với phạm vi là ± 250, ± 500, ±1000, và ± 2000 ° /giây (dps) và một máy gia tốc kếcó thể lập trình trong dải ± 2g, ± 4g, ± 8g, và ± 16g.2) Tính nănga) Gyroscope Tích hợp ADC 16 bit cho phép lấy dữ liệu đồng thời của các con quayhồi chuyển. Tăng độ chính xác và độ nhạy của cân bằng nhiệt độ giúp giảm sựhiệu chỉnh của người dùng. Cải thiện hiệu suất và giảm nhiễu khi hoạt động ở tần số thấp. Dòng hoạt động: 3.6mA10 | P a g eNgô Thanh Tùng – KSTN CĐT K60 Dòng chờ: 5μAb) Accelerometer Tích hợp ADC 16 bit cho phép lấy dữ liệu đồng thời của các gia tốckế. Dòng hoạt động: 500μA. Dòng ở chế độ công suất thấp: 10μA ở 1.25Hz, 20μA ở 5Hz, 60μA ở20Hz, 110μA ở 40Hz. Phát hiện hướng và điều hướng. Ngắt do người sử dụng tự lập trình.c) Một số tính năng khác Thêm một cổng I2C phụ để đọc dữ liệu từ các cảm biến bên ngoài. Chịu shock 10000g. Bộ lọc kỹ thuật số do người sử dụng lập trình cho cảm biến con quay,cảm biến gia tốc, và cảm biến nhiệt độ. Bộ đệm 1024 bytes FIFO làm giảm tiêu thụ năng lượng.3) Ứng dụng Công nghệ BlurFree (để chống rung khi chụp ảnh, quay video) Công nghệ AirSign (cho An ninh / Xác thực) Công nghệ TouchAnywhere (cho ứng dụng điều khiển / điều hướnggiao diện người dùng "không chạm"). Công nghệ MotionCommand (đối với cử chỉ, điệu bộ). Phát triển ứng dụng và game dựa vào chuyển động người chơi. Các dịch vụ vị trí, la bàn ảo… Các thiết bị điều khiển từ xa 3D, chuột 3D. Bộ cảm biến trang bị cho sức khỏe, thể dục thể thao. Đồ chơi.11 | P a g eNgô Thanh Tùng – KSTN CĐT K604) Cách sử dụngMPU6050 thường được kết hợp trong module GY-521. GY-521 có thể giaotiếp với nhiều loại KIT và Vi điều khiển khác như Arduino, PIC,… Schematic của GY521 như hình dưới.GY-521 kết hợp với Arduino để mô phỏng chuyển động của vật.12 | P a g eNgô Thanh Tùng – KSTN CĐT K60VI. Kết luậnCảm biến gia tốc có vai trò cực kỳ quan trọng và có ứng dụng trong mọi lĩnhvực của cuộc sống. Chính vì vậy, việc nghiên cứu và tiếp tục phát triển các cảm biếngia tốc là việc làm cần thiết để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về độ chính xác và tốcđộ xử lý thông tin trong thực tế.VII. Danh mục tài liệu tham khảo[1] truy nhập lần cuối 24/3/2017.[2] Hình ảnh tìm kiếm trên Google Images.[3] truy nhập cuối cùng ngày24/3/2017.[4] arduino.vn, truy nhập cuối cùng ngày 24/3/2017.[5] InvenSense, MPU-6000 and MPU6050 Product Specification Revision 3.4,2013.13 | P a g e

Tài liệu liên quan

Nguyên lý hoạt động và tính năng của bộ biến mô thủy lực
- 9
- 5
- 70
Tìm hiểu cấu tạo,nguyên lí hoạt động của máy nghiền. quy trình công nghệ sản xuất ximăng - P2.3
- 37
- 977
- 3
Tìm hiểu cấu tạo,nguyên lí hoạt động của máy nghiền. quy trình công nghệ sản xuất ximăng - P2.4
- 20
- 926
- 1
Tìm hiểu cấu tạo,nguyên lí hoạt động của máy nghiền. quy trình công nghệ sản xuất ximăng - P2.6
- 22
- 851
- 1
1 Báo cáo tổng hợp về một số phần hành kế toán chủ yếu và tình hình tổ chức hạch toán tại Công ty sản xuất ô tô daihatsu-vietindo
- 46
- 724
- 0
tìm hiểu về cơ sở thiêt kế, nguyên lý hoạt động của phương pháp đo và mô hình máy
- 36
- 1
- 0
NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG VÀ KHẢ NĂNG KHUẾCH ĐẠI CỦA TRANSISTOR
- 2
- 2
- 16
Tài liệu Đề tài: Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động và cấu tạo của robot CleanMate 365 của hãng Metapo,USA doc
- 68
- 959
- 0
Báo cáo "Điều kiện kháng nghị theo thủ tục giám đốc thẩm trong luật tố tụng hình sự Việt Nam và Cộng hoà Pháp " pptx
- 8
- 747
- 6
Báo cáo " Pháp luật về thu hồi đất khi thực hiện quy hoạch và chế định trưng dụng đất trong pháp luật Việt Nam " pot
- 9
- 553
- 1