MPU6050 – Diagrama de Pinos, Circuito e Aplicações

13 de julho de 2023 0 Comentários Leitura: 10 min

Atualmente, jogos, imagens e vídeos em 3D são tendências tecnológicas em ascensão. Para aprimorar a experiência do usuário, os fabricantes estão introduzindo uma variedade de métodos inovadores. A tecnologia 3D baseia-se em funções fundamentais, como detecção de rotação, orientação, movimento e gestos, bem como reconhecimento, entre outras. Os giroscópios e acelerômetros são os dispositivos utilizados para medir essas funções. Devido ao tamanho reduzido dos produtos finais, é necessário que os sensores embutidos atendam aos requisitos de tamanho compacto. Nesse sentido, o MPU6050 surge como uma solução para esse desafio, pois é o menor dispositivo que integra o giroscópio e o acelerômetro em um único chip. Com seu tamanho pequeno, ele pode ser facilmente incorporado em smartphones.

Sumário

O que é MPU6050?

O MPU6050 é um dispositivo MEMS de rastreamento de movimento de 6 eixos. Ele combina um giroscópio integrado, sensores de acelerômetro e um sensor de temperatura. Trata-se de um dispositivo digital, caracterizado por seu tamanho compacto, baixo consumo de energia e alta precisão. Além disso, o MPU6050 possui repetibilidade elevada, resistência a choques, capacidade de programação para atender às necessidades específicas de cada aplicação e um preço acessível para o consumidor. É possível conectá-lo facilmente a outros sensores, como magnetômetros, bem como a microcontroladores.

Diagrama de bloco

O módulo MPU6050 é composto pelos seguintes blocos e funções.

Um sensor de giroscópio de taxa MEMS de 3 eixos com três ADCs de 16 bits e condicionamento de sinal.
Um sensor acelerômetro MEMS de 3 eixos com três ADCs de 16 bits e condicionamento de sinal.
Um mecanismo de processador de movimento digital on-chip.
Interfaces de comunicação digital 12C primárias.
Interfaces I2C auxiliares para comunicação com sensores externos, como Magnetômetro.
Cronometragem Interna.
Registros de dados para armazenar dados do sensor.
Memória FIFO que ajuda a reduzir o consumo de energia.
Interrupções programáveis pelo usuário.
Um sensor de temperatura de saída digital.
Autoteste para giroscópio e acelerômetro.
LDO e Bias.
Bomba de Carga.
Registros de estado.

Diagrama de circuito

O giroscópio presente no MPU6050 pode detectar a rotação sobre os três eixos X, Y, Z. O efeito Coriolis causa uma vibração quando os giroscópios são girados sobre qualquer um dos eixos. Essas vibrações são captadas pelo capacitor. O sinal produzido é então amplificado, demodulado e filtrado para produzir uma tensão proporcional à taxa angular. Essa tensão é então digitalizada usando ADCs.

O DMP presente no MPU6050 descarrega a computação dos algoritmos de detecção de movimento do processador host. O DMP adquire dados de todos os sensores e armazena os valores calculados em seus registradores de dados ou em FIFO. FIFO pode ser acessado através da interface serial. Usando o pino AD0, mais de um módulo MPU6050 pode ser conectado a um microprocessador. O MPU6050 pode ser usado facilmente com o Arduino , pois o MPU6050 possui bibliotecas bem documentadas disponíveis.

Enquanto usado em aplicações, as linhas I2C do MPU6050 são puxadas para cima usando um resistor de 4,7kΩ e o pino de interrupção é puxado para baixo usando um resistor de 4,7kΩ. Quando os dados estão disponíveis em FIFO, o pino de interrupção fica alto. Agora um microcontrolador pode ler os dados usando o barramento de comunicação I2C . Os dados fornecidos pelas bibliotecas contêm os seguintes valores de dados: componentes de quaternion, ângulos de Euler, guinada, inclinação, rotação, aceleração do mundo real, aceleração da estrutura do mundo e valores de senso de invenção de bule.

Diagrama de pinos

O MPU6050 está disponível como um pacote pequeno de 4×4×0,9 mm. A estrutura do MEMS é hermeticamente selada e ligada no nível do wafer. O MPU6050 está disponível como um pacote QFN de 24 pinos. A descrição do pino deste módulo é fornecida abaixo-

Pino 1- CLKIN- é a entrada de relógio de referência externa opcional. Este pino é conectado ao terra quando não está em uso.
Pino 2, Pino 3, Pino 4, Pino 5 são pinos NC. Esses pinos não estão conectados internamente.
O pino 6, AUX_DA, é o pino de dados serial mestre I2C. Este pino é usado para conectar sensores externos.
O pino 7, AUX_CL, é o relógio serial mestre I2C. Este pino é usado para conectar sensores externos.
O pino 8, VLOGIC, é o pino de tensão de alimentação de E/S digital.
O pino 9, AD0, é o pino LSB do endereço escravo I2C.
O pino 10, REGOUT, é a conexão do capacitor do filtro regulador.
Pino 11, FSYNC, é a entrada digital de sincronização de quadro. Este pino é conectado ao terra quando não é usado.
O pino 12, INT, é o pino de saída digital de interrupção.
O pino 13, VDD, é o pino de tensão da fonte de alimentação.
Pin-14, Pin-15, Pin-16, Pin-17 são pinos NC. Esses pinos não são conectados internamente.
O pino 18, GND, é o aterramento da fonte de alimentação.
Pin-19 e Pin-21 são os pinos RESV. Esses pinos são reservados.
O pino 20, CPOUT, é a conexão do capacitor da bomba de carga.
Pin-22, é RESV, o pino reservado.
Pin-23, SCL, é o relógio serial I2C.
Pin-24, SDA, é o pino de dados serial I2C.

Especificações do MPU6050

O MPU6050 é o primeiro dispositivo integrado de rastreamento de movimento de 6 eixos do mundo. Algumas das especificações deste módulo são dadas abaixo-

O MPU6050 possui um giroscópio de 3 eixos, acelerômetro de 3 eixos e um processador de movimento digital integrado em um único chip.
Ele funciona na fonte de alimentação de 3V-5V.
O MPU6050 usa o protocolo I2C para comunicação e transferência de dados.
Este módulo possui um ADC integrado de 16 bits que fornece grande precisão.
O MPU6050 pode ser conectado a outros dispositivos IIC, como magnetômetros.
O MPU6050 também possui um sensor de temperatura embutido.
O barramento do sensor I2C ajuda a coletar dados diretamente da bússola externa de 3 eixos, que é usada para fornecer uma saída MotionFusion completa de 9 eixos.
Para os fabricantes, o MPU6050 elimina a necessidade de seleção, qualificação e integração em nível de sistema de dispositivos discretos.
Usando sua porta I2C, sensores não inerciais, como sensor de pressão, podem ser conectados.
O MPU6050 consiste em três ADCs de 16 bits para digitalizar as saídas do giroscópio e três ADCs de 16 bits para digitalizar as saídas do acelerômetro.
Uma faixa de giroscópio programável pelo usuário e uma faixa de acelerômetro programável pelo usuário estão presentes para rastreamento preciso de movimentos rápidos e lentos.
Um buffer FIFO de 1024 bytes on-chip está presente, o que ajuda a reduzir o consumo de energia do módulo.
A necessidade de agrupamento frequente da saída do sensor é minimizada com a ajuda do DMP no chip.
O MPU6050 também possui um oscilador no chip com variação de ±1%.
O MPU6050 possui filtros passa-baixo para giroscópio, acelerômetro e sensor de temperatura.
O pino de referência VLOGIC é usado para definir os níveis lógicos da interface I2C.
A faixa programável pelo usuário do giroscópio presente no MPU6050 é de ±250, ±500, ±1000 e ±2000°/seg.
A sincronização de imagem, vídeo e GPS é suportada pelo pino de sincronização externo do giroscópio.
Este giroscópio melhorou o desempenho do ruído de baixa frequência.
O giroscópio precisa de 3,6mA de corrente para operar.
O filtro passa-baixa do giroscópio é programável digitalmente.
O acelerômetro presente no MPU6050 opera com 500μA de corrente.
A faixa de escala total programável deste acelerômetro é ±2g, ±4g, ±8g e 16g.
O acelerômetro também pode detectar orientação, detecção de toque.
Interrupções programáveis pelo usuário estão presentes para o acelerômetro.
Entre os eixos do acelerômetro e do giroscópio, há uma sensibilidade mínima de eixo cruzado.
Para se comunicar com todos os registradores, o modo rápido de 400kHz I2C é usado.
O DMP presente no MPU6050 suporta processamento de movimento 3D e algoritmos de reconhecimento de gestos.
A leitura em rajada é fornecida para o processador do sistema. Depois de ler os dados do FIFO, o processador do sistema entra no modo de hibernação de baixa potência enquanto o MPU coleta mais dados.
Recursos como reconhecimento de gestos, panorâmica, zoom, rolagem, detecção de toque e detecção de shack são suportados pelas interrupções programáveis.
O MPU6050 também possui uma entrada de clock externo opcional de 32.768kHz ou 19.2Mhz.

Aplicações de MPU6050

Algumas das aplicações deste módulo são dadas abaixo-

Este módulo é usado na tecnologia Blurfree para estabilização de vídeo ou imagem estática.
Para reconhecer gestos no ar, este módulo é usado.
Nos sistemas de segurança e autenticação, o MPU6050 é usado para reconhecimento de gestos.
Para controle de aplicativo de interface do usuário “sem toque” e navegação, o MPU6050 é usado.
Na tecnologia de comando de movimento para atalhos de gestos, este módulo é usado.
Este módulo também encontrou aplicações em jogos habilitados para movimento e estruturas de aplicativos.
No InstantGesture -IG, o MPU6050 é usado para reconhecimento de gestos.
Devido ao seu pequeno tamanho, este módulo é utilizado em aparelhos e equipamentos de jogos portáteis.
Os controladores de jogos baseados em movimento também possuem este módulo.
Controladores remotos 3D, mouses 3D também usam este módulo.
Wearables usados para saúde, fitness e esportes também contêm MPU6050.
Este módulo também pode ser encontrado em muitos brinquedos.
Para medições IMU, MPU6050 é usado.
Em drones e quadricópteros, o MPU6050 é usado para controle de posição.
Este módulo também encontrou aplicação em robôs de auto-equilíbrio.
MPU6050 é altamente preferido para controle de braço robótico.
Os robôs humanóides também usam este módulo para detecção de inclinação, rotação e orientação.
Em smartphones, esse módulo é usado para aplicações como realidade aumentada, jogos, controle de comandos por gestos, captura de fotos panorâmicas e visualização.
Este módulo também está sendo aplicado para serviços baseados em localização.

CI alternativo

Alguns dos ICs que podem ser usados como alternativa ao MPU6050 são ADXL335, ADXL345, MPU9250, MPU6000.

Este módulo é altamente preferido para dispositivos portáteis devido ao seu tamanho compacto e sistemas alimentados por bateria devido aos seus requisitos de baixo consumo de energia. O MPU6050 pode transformar um celular portátil em um poderoso dispositivo inteligente 3D.

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