Форум РадиоКот

День добрый!
Возникла проблема при работе с микросхемой MPU-6050.
После конфигурации из регистров данных акселерометра, гироскопа и температуры читаются значения 0. При этом из регистров, отвечающих, за конфигурацию микросхемы нормально считываются записанные туда ранее данные.
Конфигурацию выполнял согласно карте регистров:

MPU6050_I2C_write(MPU6050_RA_PWR_MGMT_1, 0x00);
MPU6050_I2C_write(MPU6050_RA_PWR_MGMT_2, 0xC0);
MPU6050_I2C_write (MPU6050_RA_CONFIG, 0x00);
MPU6050_I2C_write (MPU6050_RA_GYRO_CONFIG, 0x18);
MPU6050_I2C_write (MPU6050_RA_ACCEL_CONFIG, 0x00);

Используемый микроконтроллер - ATMega8. Связь с компом через FT232.

Может кто сталкивался с подобной проблемой?

В прикрепленном файле лежит прошивка. Если у кого-нибудь есть под рукой такой акселерометр/гироскоп и минутка свободного времени, не могли бы проверить прошивку, а то уж больно не хочется ждать еще одной микросхемы из китая.

Проблема решена заменой библиотеки для программной реализации I2C.

Не буду плодить новых тем, спрошу здесь.

Собрал схему для работы с четырьмя 6050 на ATmega8. Вроде как работает. С плат GY-521 убрал подтягивающие резисторы, сделал отдельно на шину I2C пару по 4k7.
Питание 5В, уровни 5<->3.3 выровнены через 2n7000, данные читаются. Пишу-читаю данные в них, циклически подавая 3.3V на AD0 нужного экземпляра
(делается один адрес 0x69 на период обмена данными, остальные с адресом 0x68 игнорируются).

Проблема:

Инициализация чипов одинаковая ( +/-2G лимиты для акселерометра, 250° в секунду для гироскопа),
но в состоянии покоя у одного чипа получаемые данные акселерометра в пределах +/-16384 единицы,
а у трёх остальных +/- 8192 единицы. До гироскопа ещё не дошёл, но суть проблемы уже понятна что-то не в порядке с инициализацией чувствительности.
Повышаю чувствительность -> (делаю +/- 4G), у первого чипа становится +/-8192, у остальных +/- 4096 (грубо, т.к. без калибровки). Инициализация, значит, работает как-то.
Т.е. один вроде как в норме, остальные глючат. Перестановка гироскопов на главной плате ничего не меняет, чипы продолжают выдавать специфичные дня них данные
с любой точки подключения.

Кто, что думает, подскажите, пожалуйста!

Ну а пока что буду пробовать работать с ними наоборот (0x68 - активный, 0х69 - отдыхают), да по отдельности проверю.

P.S. В процессе написания начал подозревать, что это всё из-за выпаянных с плат подтягивающих резисторов.
Плата, которая выдаёт 16384ед=1g, имела несколько другой layout схемы, и номиналы резисторов там были 4к7, именно такие, как сейчас сделаны общие.
а на тех платах, которые выдают 8192ед=1g, номиналы были 2к2... Видать, не зря разные номиналы на разных платах китаёзы сделали...
Поставлю 2к2 сегодня да выдерну чип, который на 4к7 был рассчитан.

==============

Замена подтягивающих резисторов (от 3.3V) с 4к7 на 2к2 ничего не поменяла.
Работа с адресом 0х68 вместо 0х69 аналогично - без эффектов.
Проверил платы по отдельности.
Плата, которая сразу выдавала нормальные результаты, на всех режимах чувствительности ведёт себя адекватно.
Остальные - без изменений, занижают чувствительность в 2 раза.

Единственный напрашивающийся вывод - что-то не так с преобразованием уровней на шине I2C.
Не было BSS138, пришлось делать на 2n7000 по прилагаемой схеме Попробую поменять подтягивающие резисторы (от 5V) с 10к на те же 2к2.
10к, наверное, многовато для 6050.

Ничего не помогло. Рискнул даже подключить 6050 по SDA и SCL напрямую к выводам ATmega8, без преобразования уровней с 5 до 3.3В.
Всё без изменений. 1 нормальный, 3 шт. "с отклонениями". Причём один из "глючных" гироскопов ранее точно нормально работал с питанием 3.3V на макетке. Из чего делаю вывод о том, что в процессе изготовления платы эти три модуля испортились по неопытности
Хорошо, хоть один модуль живой. Буду на нём экспериментировать да закажу ещё партию.

Для развития темы. Может, кому пригодится.

Пока едет очередная партия из 5шт MPU6050, экспериментирую с одним "пережившим конструирование".
Цель - понять, что можно выжать из данного чипа и нескольких параллельно.

Для начала пришлось решить задачку вычисления частоты работы кварца.
Таймер в программке настроен на срабатывания каждую 1мс.
1 раз в 5мс на SD-карту сбрасываются текущие значения и значения счётчика времени.
Секундомером засекаем момент начала записи (мигание светодиода), ждём сколько можем (5-10-20 минут), выключаем прибор.
За ~300 реальных секунд приборчик насчитал примерно 298 "внутренних" секунд.
По данным значениям корректируем значения частоты и параметры счётчика. Частота встроенного кварца на 8МГц оказалась около 7.863Мгц.
Как бы не пришлось потом ещё и термостабилизированный генератор вместо кварца ставить для точности

Далее начались эксперименты с термокомпенсацией значений датчиков.
Делал в 3 положениях (оси X,Y,Z перпендикулярны условно-горизонтальной плоскости). Температура - от 30 до 50 градусов Цельсия (по данным сенсора датчика).
Начинал с комнатной температуры, затем обдувал феном слегка, последняя стадия - остывание несколько секунд.
Позже выложу на файлообменник исходные таблички и графики, сюда более 1Мб не выкладывается.

Расчёт делался при максимальной чувствительности сенсоров:
(16384)LSB/1g (единиц на 9.8м/с2)
(131)LSB/dps (единиц на 1 градус в секунду)
О реальной горизонтальности положения датчика говорить не приходится - всё "на глазок".

Резюме по расчёту термокомпенсации:
1) Нет разницы, в какой ориентации рассчитывать - достаточно основной, когда Z перпендикулярно условному горизонту.
2) Сенсоры акселерометра по X и Y слабо зависят от температуры, коэффициент около (-0.1)...(-0.2) (в LSB на +0.1 градуса Цельсия).
3) Сенсор акселерометра Z сильно чувствителен, коэффициент около (-4.0)...(-6.0) (в LSB на +0.1 градуса Цельсия).
4) Сенсоры X и Y гироскопа зависят от температуры чуть сильнее, чем сенсор Z. Коэффициенты для них примерно +0.4 LSB на +0.1 градуса Цельсия.
5) Сенсор Z гироскопа имеет коэффициент +0.15 LSB на +0.1 градуса Цельсия.
6) Пока предполагаю, что для каждого экземпляра датчика коэффициенты могут быть специфичны, также как и значения сенсоров температуры.
+7) На графиках показаний акселерометра по Z (от температуры) наблюдается некоторая скачкообразная нелинейность, вероятно, от резкого разогрева.

После этого скорректировал процедуру стартовой калибровки гироскопа (все 3 сенсора в 0),
чтобы и в данной процедуре уже устранялось влияние температуры.
Сейчас перехожу к калибровке акселерометра.

Интересное наблюдение.
После того, как прибор как-либо вращается затем фиксируется, т.е. находится в состоянии покоя,
гироскоп после ~0.2сек покоя (сенсоры +-5 LSB) возбуждается слегка (сенсоры показывают когда до+-50, а когда и более),
затем опять успокаивается (сенсоры +-5 LSB).
То-ли всё-таки это внешние вибрации, в т.ч. от остаточного дёрганья корпуса,
то-ли всё-таки своеобразный эффект "покачивания" после изменения положения.

Акселерометр откалибровался достаточно просто. Точность - надеюсь, что достаточная.
Методика: http://davidegironi.blogspot.ru/2013/01 ... er-01.html

Калибровал каждую ось отдельно, в восьми положениях (ось X/Y/Z вертикальна к горизонту и наоборот, с поворотом вокруг неё на 0, 90, 180, 270 градусов).
Подтвердилось, что от степени вертикальности оси Z ничего не меняется. Достаточно 1 раз замерить с каждой осью вниз и наоборот, как в методике.
И того, что датчик "на глаз" горизонтален или вертикален, достаточно для точной калибровки, т.к. влияние других осей в таких позициях предельно минимально.
Записал оффсеты и GAIN каждой оси, пересчитал исходные данные акселерометра с учётом калибровки, точность получилась ~1,0001.
Было подозорение на то, что оси сенсоров акселерометра не абсолютно перпендикулярны друг другу,
но тестовая проверка значений сенсоров в состоянии покоя с учётом калибровки показывает,
что длина вектора акселерометра ~16384 с отклонениями в пределах погрешности датчика при любой ориентации датчика (+/- 5-10 LSB).
Наибольший разброс данных - всё-таки в горизонтальном положении, как и отмечено в даташите на 6050.
Видимо, такова технология изготовления, что ось Z наиболее шумная.

Далее заново проверил точность состояния покоя, с учётом калибровки, 20 минут.
Стабильность кварца и коэффициенты термокоррекции - в норме.
Далее повторная калибровка акселерометра показала, что есть отклонения в смещениях +/- 10 LSB, плюс отклонения по GAIN до от 0.0001 до 0.001.
Пришлось ещё раз рассчитать смещения и коэффициенты, и так раза 3, после чего смещения уложились в +/- 2 LSB, а отклонение GAIN не более 0.00015.
Думаю, пока что достаточно на данном этапе.

Перехожу к калибровке коэффициентов гироскопа.

Калибровку коэффициента гироскопа делаю вращением корпуса с датчиком (взят корпус от БП компа, в первом приближении все углы у него прямые, этим и пользуюсь).
Корпус вращаю вокруг каждой оси, между двух плоских, вертикальных, параллельных упоров-плоскостей по бокам, на 360°. Стараюсь равномерно, без ударов.
Самый первый тест (вокруг оси Y) показал, что интегрированные вращения вокруг оси Y составили +363.4°, X: -6.8°, Z: -3.5°.
Думаю, что коэффициент для данной оси Y можно считать на основании значения по Y, т.к. влияние таких значений по осям X и Z на значение по Y пренебрежительно мало.
В таком случае GYRO_GAIN_Y можно будет принять за 360/363.4=0.9907.
Таким методом и попытаюсь откалибровать гироскоп, насколько точно это возможно.

Текущее наблюдение:
малейшие столкновения, удары корпуса датчика, более-менее интенсивное вращение перегружают его максимальную чувствительность,
поэтому при реальных замерах наверняка потребуется параллельная работа нескольких (1-3) датчиков с максимальной чувствительностью,
а остальные - с рассчитанной на средестатистические "перегрузки".

Гироскоп вроде как тоже откалибровался.
Повторные калибровки показывают, что у акселерометра всякий раз новые корректировки смещения,
когда в пределах "шума" сенсора (+/-10LSB), а когда и поболее (-105 было). Что-то, видимо, ещё не учтено.

Кстати, при замерах зависимости сенсоров от температуры отмечалось иногда скачкообразное изменение
значений сенсора, возможно оттуда и проблемы.

А конечная цель столь глубоких исследований?
Где применяться будет MPU6050?

Да я бы не сказал, что мои эксперименты глубокие. Иду по описанным шагам и пишу свои наблюдения.
Есть отчёты и покруче на порядок-два
Тут пишу свои шаги скорее для того, кто следующий задумает попытать эти устройства и нужно будет с чего-то начать.
Моя цель - использование его в инерциальной навигации, конкретно - отслеживание координат, маркшейдерия.
Проблема, как оказалось, серьёзная - нестабильность сенсоров по массе причин и накопление ошибки.
Сам понимаю, что использование датчика за 2$ не может привести даже к мало-мальски приемлемым результатам.
Колебания значений одного датчика ничем не скорректировать, только какими-то зависимостями, сглаживанием
и точной предварительной калибровкой. Результат всё равно будет неудовлетворительным.
Буквально 5 минут работы и ситуация будет искажена. Плюс то, что колебания значений сенсоров при движении усиливаются.
Но есть идея, что использование одновременно нескольких датчиков (штук 5-10) позволит вычислять ошибочные отклонения
показаний сенсоров и улучшать результат.

Последние наблюдения:
1) Внутренний резонатор в ATmega328P оказался вполне точным и никакой подстройки под его частоту делать не пришлось.
Теперь можно поупражняться с расчётом кватернионов и расчётом координат, памяти побольше.
2) Сделал автоматическую калибровку оффсета акселерометра по оси Z (как самой глючной) при старте, одновременно с калибровкой оффсетов гироскопа,
стало лучше, но не помогло до конца. Постоянно на +/- 10 LSB каждая ось отклонена от нормы, всякий раз новые значения. Немного, но нехорошо.
3) Вычислил приблизительный поворот по осям гироскопа в состоянии покоя минут за 10, получилось не более 0.5° по каждой.

А GPS/ГЛОНАСС ?..

Под землёй от спутников никакого толку

Прицепил алгоритм Mahony для расчёта ориентации. Чего-то считает.
Это серьёзно замедлило обработку данных, раза в 2 сразу. Поднял частоту до 22МГц.
На чтение данных с одного датчика и расчёт кватерниона уходит в среднем 4мс,
общий цикл с записью на SD-карту занимает около 10мс, т.е. 100Гц в лучшем случае.
Для нескольких датчиков желателен проц побыстрее в десяток раз
Иначе обработку данных придётся выносить из устройства.

Но с точностью ориентации не всё так плохо

Первый опыт. 15-минутное лежание прибора характеризуется следующими результатами:
1) за первые 60 секунд показания Эйлеровых углов по оси X и Y стабилизировались на значениях -1.5° и +0.5° соответственно, и так и продержались до конца замеров;
2) показания по оси Z также стабилизировались до 0 за первые 60 секунд, но потом начали дрейфовать и к концу замеров накопилось -2.8° поворота;
это не есть нехорошо (сказывается влияние неточной калибровки смещения акселерометра по оси Z?);
3) нужно отметить, что средние показания исходных данных сенсоров гироскопа по всем осям не превысили +/-0.5 LSB, т.е. калибровка гироскопа была достаточной;

Второй опыт. 90 секунд прибор лежал в покое (чтобы алгоритм дошёл до стадии стабилизации показаний), затем 1 минуту было перемещение
прибора по квартире туда и обратно метров на 10, с поворотами, и вернулся точно на прежнее место в той же ориентации.
1) в процессе "лежания" 6050 вёл себя аналогично предыдущему опыту. X и Y стабилизировались (-1.0° и +0.4°) , а Z поплыл дальше (с -0.1° до -0.4°).
2) прогулка прибора в конце показала следующие углы положения: X и Y - те же, что и после стабилизации (-1.0° и +0.4°), а Z показал +0.1°, т.е. уплыл на полградуса за 3 минуты.
3) резюме по полученным данным - при коротких измерениях гироскоп 6050 достаточно точен. Хотелось бы, чтобы это так и было.

Следующая задача - определить, каково будет подобное смещение уже в метрах-сантиметрах.

По-видимому, пора запастиcь и осваивать STM32F4, там вроде как до 180МГц заявляют.

По данным предыдущего опыта (900 сек покоя) посчитал смещение по показаниям акселерометра.
Показатели покоя сенсоров взял из средних данных за этот период, считал отклонения от средних и интегрировал скорость по каждой оси.
Результат не обрадовал. Картинки прилагаю (по горизонтали - номер наблюдения/ время, по вертикали - ускорение и интегрированная скорость).
В то же время сами значения отклонений акселерометра достаточно стабильны на первый взгляд (из графиков ускорения).
Колебания мизерные, но нестабильные, то "среднее за некоторый период в 1-2 минуты" растёт на единичку, то падает (от температуры всё-таки в т.ч.).
Этого хватает для накопления целых метров за минуту. И это в покое, а что будет при движении!
На фоне такой нестабильности акселерометра предыдущий "успех" с гироскопом кажется подозрительным.
Или же сказывается вращение Земли? (это, скорее, из темы гироскопа, чем акселерометра)

Подскажите, а чем закончилось разбирательство с глюканутыми mpu-6050? Новая партия к вам пришла? Что-то у меня такая же ерунда. Из пяти нормально работает один. Два - показывают в два раза меньше, два - в два раза больше, чем надо.

vadim1997a писал(а):Подскажите, а чем закончилось разбирательство с глюканутыми mpu-6050? Новая партия к вам пришла? Что-то у меня такая же ерунда. Из пяти нормально работает один. Два - показывают в два раза меньше, два - в два раза больше, чем надо.

Пока ничем. Новая партия ещё не пришла. Старые не проверял повторно. Да и характеристики акселерометра не внушают оптимизма.
Были мысли про то, что тактирование привязано к одному из сенсоров гироскопа (у меня к X), что нужно попробовать к другим осям привязать, либо ко внутреннему.
На макетке один из глючных датчиков ранее показывал данные в нужном масштабе, питание было тогда 3-4V, а в нынешних экспериментах 5V. Может, напряжение как-то влияет?

Осенью пришли 5шт GY-521 c 6050. Дело дошло до этой задачи только сейчас.
Убрал подтягивающие 2.2к с плат, подсоединил, считал данные.

После некоторого периода непонимания, почему они показывают разнородную чепуху в состоянии покоя,
после ряда проверок, выяснилось, что все новые модули более-менее рабочие.
По крайней мере масштаб по осям акселерометра у всех выставляется одинаково и корректно (1 G = 16384 lsb).

2шт 6050 в покое показывали зашкаливающие (32768) значения по оси Y акселерометра:
AX;AY;AZ;
730;-32768;13444;
-1100;-32768;17840;

Остальные - совсем неблизкие к 0 (по X,Y) и 16384 (по Z):
AX;AY;AZ;
7438;2726;12890;
-1738;-2836;17254;
644;23808;15870;

В то время, как предыдущий рабочий датчик в состоянии покоя показывал
AX;AY;AZ;
216;158;16482;
- т.е. практически идеально.

"Зашкаливание" по Y вылечилось пробной корректировкой оффсета на -4000 (с записью в чип после инициализации),
датчики начали показывать более-менее вменяемые значения по Y, которые уже можно калибровать.
Реально записать в чип эти оффсеты нельзя, значения хранятся только во время работы.

В итоге "предварительные" внутренние оффсеты модулей получились такими:
(при этих значениях показания акселерометра в покое показывают цифры, издали похожие на 0,0,16384)

AX;AY;AZ;
#1: -4792: 7761; 1762
#2: -1390; 532; 1963
#3: 976; -407; 1384
#4: -1728; 3774; 618
#5: -359; -2329; 1512
#6: 624; -4211; 1752 (это модуль из предыдущей партии)

Судя по полученным оффсетам модулей, делаю следующие выводы:
1) Калибровка чипов 6050 "на заводе" - весьма условная, раз после монтажа обнаруживаются такие отклонения
от записанных в чип оффсетов акселерометра. Либо при монтаже все эти оффсеты слетают напрочь.
2) Модуль с предыдущей партии (№6) откалиброван вполне качественно. На нём я предыдущие эксперименты и проводил.
Просто повезло. Но и у него исходный оффсет по AY немаленький - -4200.
3) Предполагаю, что большие значения оффсетов свидетельствуют о каких-то нехороших отклонениях в конкретных экземплярах.
4) Из чего делаю следующий вывод: самый проблемный модуль, как я вижу - №1, у него огромные смещения сразу по 2 осям.
Мне для прибора нужно до 5 модулей, поэтому этот будет резервным. Остальные "более-менее".

Три модуля из предыдущей партии оказались с другим монтажом на плате. Как раз они ВСЕ неправильно
устанавливают масштаб акселерометра при инициации. Вероятно, дело в их схеме или моей функции инициализации.
Возможно, из-под Ардуины по стандартным алгоритмам они бы инициализировались нормально.

Последнее на текущий момент.

Суммарное время чтения 5 датчиков при 22МГц частоты Atmega328P - порядка 10мс. Плюс запись данных на карту
- порядка 10мс. Итого сейчас прибор выдаёт данные со скоростью около 50Гц. Если в итоге получится хотя бы 25Гц
(добавятся расчёты, корректировки), то это будет терпимо на данном этапе. Но, по-хорошему, нужен более
производительный МК, чтобы иметь данные хотя бы при 50-100Гц.

Всё же оказалось, что один из датчиков "дохлый", несмотря на нормальные данные в состоянии покоя.
При перевёртывании его "кверх ногами" значение AccelZ от +16384 изменилось не до ожидаемых -16384, а до +15000 !!! Другие оси рабочие.

Итого, "их осталось 5" (из 9 закупленных) Так что кто надумает экспериментировать - берите в удвоенном количестве.
Оставшиеся показывают что-то приемлемое. Температуру, правда, разную
В ближайшее время выясню, одинаковая ли у разных датчиков чувствительность к температуре.

А вообще уже понял, что все эти модули - как повезёт, и лучше делать плату свою, как нужно.

Их осталось два (из 9 закупленных GY-521)
А надо хотя бы 3.

Это после анализа того, как они себя ведут в покое при изменении темературы от +25 до +60°С и обратно.

У №1 неадекватно реагирует на температуру AccelY (то прямая зависимость, то обратная). GyroX временами просто сбрасывает значение сам.

У №3 по GyroX идут колебания по синусоиде с периодом около 5сек до нагрева и около 2.5 сек после нагрева...
Да и GyroZ тоже неадекватно реагирует на температуру AccelY (то прямая зависимость, то обратная).
Но акселерометр рабочий.

У №5 слабо выражена зависимость AccelX от температуры (постоянно падает значение и при росте температуры, и при падении.
Гироскоп рабочий.

P.S. Чувствительность к температуре разная у каждого датчика, у каждой оси

Вообще-то MPU-6050 это уже достаточно древний чип. Более новые варианты типа MPU-9150 ил MPU-9250 имеют изначально более высокие параметры в части стабильности и разбросов характеристик. Причём они по регистрам практически одинаковые, так что инициализация изменится не значительно. Они немного дороже, но по цене наверное будут лучше, чем 2 из 9 более дешёвых. Я брал себе один MPU-9250 и он заработал вполне адекватно, хотя вышеописанных экспериментов я с ним не проводил - мне это не нужно было.