1.5 Микроконтроллер Atmega32U4
Так как в ходе анализа платформы было решено сделать свою плату с использованием микроконтроллера Atmega32U4, необходимо рассмотреть его ключевые особенности и какие возможности он предоставляет.
Atmega32U4 - 8-битный КМОП микроконтроллер, выполненный на основе RISC ЦПУ AVR. За счет выполнения большинства инструкций за один цикл синхронизации Atmega32U4.
Микроконтроллер Atmega32U4 содержит 32 кбайт внутрисистемной-программируемой флэш-памяти с возможностями чтения во время записи, 2.5 кбайт статического ОЗУ.
Микроконтроллер Atmega32U4 имеет шину I2C, SPI и встроенный контроллер USB.
Шина I2C будет основной шиной для передачи данных между модулем гироскопа и микроконтроллером. Шину SPI в данном дипломном проекте использоваться не будет. Она будет выступать в качестве дополнения. Если в дальнейшем появится необходимость подключить устройство, работающее с этой шиной. USB-контроллер позволяет эмулировать HID-устройства ввода информации, такие как клавиатура и мышь.
Микроконтроллер Atmega32U4 поддерживается полным набором аппаратных и программных средств для проектирования, в том числе C-компиляторы, макроассемблеры, программные отладчики/симуляторы, внутрисхемные эмуляторы и оценочные наборы.
Рисунок 12. Микроконтроллер Atmega32U4-AU
В дипломном проекте будет использоваться микроконтроллер с маркировкой AU, микроконтроллеры с такой маркировкой имеют размер примерно 1 см на 1 см, что в целом позволяет производить замену микроконтроллера без специальных средств, повышая ремонтопригодность устройства. [3, 20]
Все вышеперечисленные преимущества являются необходимым для реализации дипломного проекта. Он обладает достаточно точным АЦП, высокой производительностью, наличием шины SPI (которая может использоваться в дальнейшем улучшении устройства), эмуляция USB устройств и режим энергосбережения, который продлит работу устройства в повседневной жизни.
1.6 Модуль гироскопа GY-521 и BNO055
Так как для реализации дипломного необходимо отслеживать положение кисти в пространстве, то необходимо использовать модуль с гироскопом для этого были рассмотрены 2 модуля это GY-521 и BNO055.
Микросхема MPU6050 содержит на борту как акселерометр, так и гироскоп, а помимо этого еще и температурный сенсор. MPU6050 является главным элементом модуля GY-521. Помимо этой микросхемы на плате модуля расположена необходимая обвязка MPU6050, в том числе подтягивающие резисторы интерфейса I2C, а также стабилизатор напряжения на 3,3 вольта с малым падением напряжения (при питании уже в 3,3 вольта на выходе стабилизатора будет 3 ровно вольта) с фильтрующими конденсаторами. Ещё на плате распаян SMD светодиод с ограничивающим резистором как индикатор питающего напряжения. Размер платы модуля GY-521 10 х 20 мм.
Его не нужно программировать, но к нему нужно правильно написать скрипт в самом контроллере, иначе это приведёт к накоплению ошибок и проблем в эксплуатации.
Рисунок 13. Модуль гироскопа GY-521
Рассмотрим модуль BNO055. Он обладает куда более лучшими параметрами нежели GY-521, например, он имеет не только 3х осевой гироскоп и акселерометр, но и магнетометр и встроенное ARM ядро Cortex M0, которое суммирует данные и передаёт их по шине I2C, при этом он будет значительнее дороже.
Характеристики модуля BNO055:
рабочие диапазоны акселерометра: ±2, ±4, ±8, ±16g;
настраиваемая полоса ФНЧ акселерометра: 1 кГц – менее 8 Гц;
рабочие диапазоны гироскопа: от ±125 до ±2000 °/с;
настраиваемая полоса ФНЧ гироскопа: 523-12 Гц;
рабочий диапазон магнитометра: ±1300 микроТесла по осям х, у, ±2500 микроТесла по оси z;
разрешение магнитометра:
0.3 микроТесла;
напряжение питания микросхемы: 2.4–3.6 В;
корпус: 28-выводный LGA размером 3.8×5.2×1.13 мм;
диапазон рабочих температур: от –40 до 85 °C.
Так как он будет выдавать куда более точные данные и более простой в эксплуатации, при этом не нужно конструктивно изменять печатную плату так как у модуля GY-521 и BNO055 основные контакты совпадают, единственное, что придётся изменить это программную часть.
Рисунок 14. Модуль BNO055
Так как печатная плата была спроектирована после решения применять данный модуль, то придётся менять программную часть. Единственное, что на печатной плате будет маркировка о том, что сюда нужно установить модуль GY-521, но из-за их аппаратной совместимости это будет восприниматься лишь как опечатка на шелкографии. Более подробное сравнение представлено в таблице 1
Таблица 1.
Сравнение модуля GY-521 и BNO055
Наименование
|
GY-521
|
BNO055
|
Количество осей гироскопа
|
3
|
9
|
Количество осей Акселерометра
|
3
|
9
|
Наличие термодатчика
|
Есть
|
Есть
|
Наличие геомагнитометра
|
Нет
|
Есть
|
Наличие встроенного микроконтроллера
|
Нет
|
Есть
|
Цена
|
80-90 рублей
|
500-550 рублей
|
Несмотря на высокую стоимость датчик BNO055, он является наиболее лучшим модулем для реализации дипломного проекта. Он более комфортный в работе даёт большую точность и при работе нету своеобразного «дребезга».
|
Скачать 1.31 Mb.