Der Blätterkatalog benötigt Javascript.
Bitte aktivieren Sie Javascript in Ihren Browser-Einstellungen.
The Blätterkatalog requires Javascript.
Please activate Javascript in your browser settings.
38 Elektronik 10 2021 Embedded Technology Tisch gelegt wäre ein 1-Achsen-Magnetometer ausreichend Da ein Smartphone jedoch in jeder beliebigen Ausrichtung verwendet werden kann ist es notwendig ein 3-Achsen-Magnetometer einzusetzen Beschleunigungsmesser werden nicht durch das umgebende Magnetfeld beeinflusst aber durch Bewegung und Vibration Umgekehrt ist ein Magnetometer störunempfindlich gegen Bewegung und Vibration wird dafür aber durch magnetische Materialien und elektromagnetische Felder in der Umgebung beeinflusst Ein 3-Achsen-Beschleunigungsmesser kann zwar zur Bestimmung von Rotation verwendet werden aber genauere Werte in Bezug auf Drehimpulse liefert ein 3-Achsen-Gyroskop Mit Gyroskopen lässt sich zuverlässig die Rotationsgeschwindigkeit bestimmen und sie werden nicht von der Beschleunigung in linearer Richtung oder von Magnetfeldern beeinflusst Gyroskope neigen jedoch dazu eine kleine Restdrehzahl auszugeben selbst wenn sie sich nicht mehr bewegen Dies wird im Datenblatt häufig als »Null-DriftError« angegeben Das Problem wird dann relevant wenn ein absoluter Winkel mit dem Gyroskop bestimmt werden soll Dafür muss über die Drehgeschwindigkeit integriert werden und dabei summiert sich der Fehler auf Ein kleiner Fehler von 0 01 Grad bei der ersten Messung wächst nach 100 Messungen zu einem vollen Grad an Dies wird als Sensor-Drift bezeichnet Der Begriff »Sensorfusion« bezieht sich auf die Kombination von sensorischen Daten die aus unterschiedlichen Quellen stammen sodass die resultierende Information eine geringere Unsicherheit aufweist als es möglich wäre wenn die Daten aus diesen Quellen einzeln verwendet würden Im Falle einer Sensoranordnung die beispielsweise aus einem 3-Achsen-Beschleunigungsmesser einem 3-Achsen-Gyroskop und einem 3-Achsen-Magnetometer besteht können die Daten des Beschleunigungsmessers und des Magnetometers verwendet werden um den Sensordrift des Gyroskops aufzuheben Daneben können die Daten des Gyroskops verwendet werden um das Magnetometer beeinflussende schwingungsinduzierte Rauschen des Beschleunigungsmessers und das durch magnetische Materialien Felder induzierte Rauschen zu kompensieren Sieben Breakout-Boards für den Einstieg Welche Sensortypen für eine Anwendung genutzt werden und ob Sensorfusion benötigt wird hängt von der Applikation ab Zunächst werden drei Single-Sensor-BOBs vorgestellt gefolgt von Dualund Triple-Sensor-BOBs Sie alle stammen vom New Yorker Hersteller Adafruit der sich auf OpenSource-Hardware für den Bildungsund Einstiegsbereich spezialisiert BOB 2019 Beschleunigungssensor Ein guter Beschleunigungsmesser aus der Einstiegsklasse ist das BOB 2019 mit 3-Achsen-Beschleunigungsmesser und 14-Bit-Analog Digital-Umsetzer Bild 2 Der Messbereich des 3-AchsenSensors reicht von ±2 g bis ±8 g Er misst mit hoher Genauigkeit und kann zur Erkennung von Bewegung Neigung und einfacher Orientierung verwendet werden Die Kommunikation zwischen dem BOB und dem Arduino bzw einem anderen Mikrocontroller erfolgt über I2 C Der Sensor benötigt eine 3 3-V-Spannungsversorgung Um den Eingangsspannungsbereich zu verbreitern wurde auf dem BreakoutBoard ein 3 3-V-Regler mit niedrigem Spannungseinbruch und einer Pegelwandlerschaltung integriert sodass sich der Sensor auch mit 3 Voder 5 Vam Board versorgen lässt Diese Schaltungen sind auf allen anderen hier vorgestellten Boards ebenfalls integriert BOB 1032 Gyroskop Für Anwendungen die nur einen gyroskopischen Sensor zur Erkennung von Verdrehung Twist und Rotationsbewegungen erfordern ist das BOB 1032 von Adafruit mit dem 3-AchsenGyroskop L3GD20H von STMicroelectronics ein gutes Einführungs-Board Das L3GD20H stellt sowohl I2 Cals auch SPI-Schnittstellen zum Arduino oder einem anderen Mikrocontroller zur Verfügung und kann für hohe Empfindlichkeit auf eine Skala von ±250 ±500 oder ±2000 Grad pro Sekunde eingestellt werden BOB 4479 Magnetometer Auf dem BOB 4479 ist ein 3-AchsenMagnetometer LIS3MDL von STMicroelectronics integriert Es stellt eine I2 C-Schnittstelle zum Arduino bzw einem anderen Mikrocontroller zur Verfügung Das Magnetometer kann Messbereiche von ±400 µT bis ±1600 µT oder 1 6 mT erfassen Dual-Sensor-BOBs Das Prinzip der Sensorfusion ist recht weit verbreitet Ein Beschleunigungsmesser mit Gyroskop werden zur 3D-Bewegungserfassung und Trägheitsmessung verwendet Die Messungen erlauben es dem Benutzer festzustellen wie sich ein Objekt in einem 3D-Raum bewegt BOB 4480 Beschleunigungsmesser und Gyroskop Auf dem BOB 4480 Bild 3 mit Sensorchip LSM6DS33 von STMicroelectronics sind Beschleunigungsmesser und Gyroskop kombiniert Der 3-Achsen-Beschleunigungsmesser erfasst wie schnell das Board im 3-D-Raum beschleunigt wird und kann durch Messung der Schwerkraft Messdaten liefern um daraus die Richtung zum Erdmittelpunkt zu bestimmen Parallel dazu misst das 3-Achsen-Gyroskop Rotation und Verdrehung Auf die Bild 2 Das BOB 2019 von Adafruit verfügt über einen 3-Achsen-Beschleunigungsmesser der zur Erkennung von Bewegung Neigung und einfacher Orientierung verwendet werden kann Bild Adafruit