Инклинометр автомобильный что это

Инклинометр. Измеряем наклон объекта

Инклинометры, или датчики уклонов, предназначены для определения углового места расположения объекта с учётом силы тяжести. При помощи таких устройств предварительно устанавливается угол наклона контролируемой системы, а затем производится вывод информации через устройства цифровой индикации.

Принцип работы

Инклинометры измеряют угол ориентации объекта относительно силы тяжести. Это может быть сделано при помощи акселерометра, который контролирует эффект гравитации на малых массах, подвешенных в упругой опорной конструкции. Когда устройство наклоняется, эта масса будет перемещаться, вызывая изменение ёмкости между массой и несущей структурой. Угол наклона рассчитывается по измеренным ёмкостям.

Датчик такого инклинометра состоит из следующих деталей:

Когда инклинометр находится в горизонтальном положении, то измеряется ёмкость между электродами. Если датчик наклонен, подвижная масса и его контакт изменят положение относительно неподвижного электрода. Это результирующее изменение ёмкости между двумя электродами измеряется ячейкой датчика и используется для расчета нового значения наклона.

Классификация рассматриваемых приборов включает в себя следующие разновидности инклинометров:

Изложенный принцип работы реализован во многих промышленных и бытовых приложениях, таких как датчики движения мобильного телефона или автомобильные подушки безопасности. В последних случаях достаточно использовать акселерометры сравнительно невысокой точности, которые обычно дают погрешность ±1 градус. В промышленных инклинометрах (типа ИЭМ-36, применяющихся при бурении скважин) применяется набор точных электродов для улучшения разрешения и точности измерения. При этом в инклинометрах статического действия, подвижная масса физически демпфируется, чтобы снизить чувствительность этих датчиков к частотам выше 29 Гц.

Такие устройства имеют ограничение: в случае сильного удара и вибрации, физического демпфирования может быть недостаточно для подавления помех, поскольку встроенные программные фильтры недостаточно эффективны. В статических инклинометрах TILTIX с этой целью можно активировать фильтры сглаживания сигнала, но оперативность срабатывания существенно замедляется.

— Контроль отклонения объекта от вертикали в системах мониторинга строительных конструкций и системах стабилизации углового положения. Регистрация угловых подвижек объекта мониторинга: платформ, оснований, фундаментов, опор, ферм и ригелей, антенно-мачтовых сооружений, ветрогенераторов.

Динамические инклинометры POSITAL объединяют два принципа измерения с использованием двух разных датчиков: 3D-датчика ускорения и 3D-гироскопа. 3D-датчик ускорения не демпфируется (в отличие от устройств, используемых в статических инклинометрах) и может следовать быстрым динамическим движениям. В то же время 3D-гироскоп измеряет скорости вращения, основываясь на принципах инерции. Сигналы от акселерометров и гироскопов объединяются, чтобы произвести измерение наклона, которое полностью компенсирует эффекты ускорений. В результате динамические инклинометры могут надежно использоваться на мобильном оборудовании, таком как строительная техника, автомобили, краны или робототехнические системы.

Последовательность работы и возможности

В начальной фазе применения характеристики инклинометра сравниваются со встроенным гироскопом и исходным выходным сигналом. Акселерометр измеряет положение наклона, а гироскоп определяет скорость вращения. Наличие периодически изменяющегося ускорения оказывает огромное влияние на акселерометр, но ограниченно сказываются на скоростях вращения гироскопа.

Затем оба сигнала объединяются, чтобы получить наилучшее значение от каждого датчика. Таким образом, фактическое значение положения отделяется от ошибок, вызванных внешними ускорениями.

Внешние датчики подразделяются на две группы – одно- и двухосевые (соотвественно для оси X и оси Y). Каждая из осей показывает угол наклона относительно поля силы тяжести. Одноосевые датчики обычно устанавливают вертикально. Мониторинг силы ускорения вдоль одной или нескольких осей может использоваться для реализации дополнительных функций. Например, можно остановить автомобиль, если превышен определённый порог ускорения.

Оценка сигнала датчика производится в режиме реального времени при помощи следящего микроконтроллера. Параллельно измеряется температура. Интеллектуальные алгоритмы цифрового фильтра уменьшают окружающий шум и вибрацию, чтобы обеспечить точный и стабильный сигнал при любых условиях окружающей среды.

Выбор типоразмера инклинометра выполняется по:

Существующие типоразмеры инклинометров позволяют оценить ускорения до 10 м/с² в течение 1 с, а также вибрации от 1 до 1000 Гц с силой 1 г.

Источник

Инклинометр или по народному креномер.

Самым простым решением было прифигачить уровень с бульбашкой на консоль возле ручника, так я и сделал. Но увы, точность оставляла желать лучшего, очень не удобно целится и погрешность около 5 градусов. На глаз не заметно, а ночью съезжаешь в угол.

Пришлось вспомнить метрологию. Помню, были такие приборы из эбонита с вертикальной стрелкой-маятником, и размером как запаска. Представил себе форестер с двумя такими хреновинами и загрустил.

Спустя некоторое время наткнулся здесь на запись в бортовом журнале о небольшом приборе с шариком внутри. Французкий специально-джиперский креномер с австралийским уклоном стойл невменяемых денег и достать его можно было только по блату. К счастью нашелся судовой аналог по приемлемой цене.

Уже было собрался его заказать, но вспомнил, что у паджеро такая хрень установлена штатно, и никогда не работает. С трудом нашел на разборке, приложил к торпеде … Выглядит как ведро на фаркопе и верхний бардачок не открывается. Точность, мягко говоря низкая.

Опять лезу в инет и вспоминаю про ролик, где Махмуд измерял угол наклона миномёта планшетом. Эврика, там же встроенный акселерометр.

Самой простой и доступной оказалась программа inclinometer, на старом самсунге работала с поразительной точностью. Осталось дело за малым, как приделать этот смартфон прочно, точно и доступно не только как креномер, но и как телефон. И опять муки поиска.
Не буду рассказывать о более чем 10 испытанных заводских подставках – ни одна не удовлетворяла строгим требованиям. Как всегда пришлось всё сделать самому.
Два неодимовых магнита с отверстиями в центре, две пластинки от конструктора MECCANO, два шарика от подшипника, кусочек двустороннего скотча, суперклей и шуруп. Вот всё что необходимо для фирменного Мексиканского крепления инклинометра.

Процесс сборки ещё прозаичнее. К одной пластине приклеиваем магниты, чтоб при разрыве они там и оставались. Внутрь вставляем и приклеиваем шарики, для центров. На обратную сторону скотч и шурупом в стык торпеды.

Если выкрутить в стыке дыры не остаётся, небольшая вмятина видна если знать где искать.
Вторую пластину клею на чехол телефона. Через пол часа прибор готов к испытаниям.

Телефон установил с небольшим наклоном вперёд, для удобства обзора и использования, поэтому вначале запустил и откалибровал на ровной площадке.

Что показали испытания – телефон держится отлично, нужно прилагать усилия, чтоб оторвать. Садиться чётко, за три месяца повторной калибровки не понадобилось. Место выбрано удачно, хорошо видно, доступно, достаточно включить в нем громкую связь, чтоб спокойно говорить за рулём. Инклинометр работает чётко, и точно.

Из недостатков – до сих пор не могу найти допустимые для моей машины уклоны и прога быстро садит батареи, нужно сделать зарядку.
Ссылку на программу не даю, вдруг Вы найдете крякнутую про версию и поделитесь?

Источник

Цифровой инклинометр

Как все МПС-паджероводы и др. интересующиеся знают, в МПС 1-го поколения инклинометра нет, а в доп.панель, в отличие от МП, встроен компас-термометр.
Лично мне всегда не хватало измерителя углов крена и тангажа моего авто. Не то, чтобы я хотел прям полагаться на его показания, но для статистики и для принятия измерений к сведению, я восхотел этот девайс.
Варианты как всегда есть:
1. купить на авторынке механическую кетайскую игрушку (это именно не прибор, а игрушка, т.к. при движении показания не разглядеть, ибо шкалу колбасит, да и измеряет эта штука «что-то в чём-то», инфа почти бесполезная)
2. заменить штатный малополезный компасо-термометр на инклинометр от ПС (и пр. варианты, типа от Nissan, ТЛК и т.д.)
3. что-то иное?

Вариант 1 — игрушек в машине хватает от детей, нафига мне ещё одна? 😉
Вариант 2 — читал и примерялся я долго, но решил, что не хочу. Именно, тупо не хочу. М.б. это лень, или не желание разбираться с проблемами инсталляций не совсем родных приборов, а м.б. и просто желание, сохранить штатные приборы.

Собственно, т.к. варианты 1-2 меня не устроили, и появился вариант 3.
Долгим и упорным поиском на разных форумах я набрёл на интересный вариант цифрового инклинометра производства вощем-та кетая. Но как известно, «китай китаю рознь». Одним из факторов было требование — легко съёмная установка (антивандальное исполнение).

Итак, прибор производства конторы Niken.
Фото прибора ниже.

Сейчас этот производитель перепрофилировался, и по инфе от них, они больше такими девайсами не занимаются. А жаль…

Про девайс — крепится подставкой присосками к лобовухе/панели/и т.д. Но можно и шурупами :-))))) Отображение более, чем информативно. Инерционность есть

1 сек. Есть подсветка и встроенный термометр. Питание — 2 батарейки АА (а можно и аккумы).
Теперь он всегда в машине, и я на пересечёнке его инсталлирую и собираю статистику 😉

Источник

Точное измерение наклона объекта с помощью специализированных MEMS-датчиков ST

системы безопасностиавтомобильная электроникаавтоматизацияинтернет вещейSTMicroelectronicsстатьядатчикисредства разработки и материалыМЭМСДатчик наклонаинклинометракселерометргироскопАвтомобильные сигнализации и трекеры

Софья Букреева (г. Протвино)

Для измерения углов наклона в промышленности и в жестких условиях эксплуатации, а также при наличии дополнительных ускорений, обычных акселерометров недостаточно. Для этих целей компания STMicroelectronics выпускает специальные датчики – MEMS-инклинометры, 2- и 3-осевые – для статических измерений, и 6-осевые, с программируемым ядром машинного обучения и термокомпенсацией – для динамических.

Введение

Датчики наклона, также называемые инклинометрами, используются для измерения углов наклона относительно вектора гравитации Земли. Такие измерения востребованы в самых разных областях: от игровых контроллеров до сложных геодезических задач. В геофизике инклинометры используются для мониторинга вулканов и для измерения глубины и скорости оползней, их также используют при разведке полезных ископаемых. В строительстве инклинометры широко применяются для измерения сдвигов в стенах и земле, с помощью инклинометров определяют угол наклона и прогиб стрелы строительных кранов. Инклинометры помогают контролировать состояния опор мостов и транспортных магистралей, а также определять отклонения столбов уличного освещения, дорожных знаков и светофоров. Индикация тангажа и крена важна в эксплуатации морских судов и летательных аппаратов.

В медицине по показаниям инклинометров изучаются движения в суставах тела. Кроме того, инклинометры встраиваются в противоугонные системы транспортных средств, крепятся к упаковке товаров при транспортировке, позволяют регулировать положение солнечных панелей и имеют много других применений.

Важными характеристиками, которые следует учитывать при выборе инклинометра, являются диапазон угла наклона и количество осей измерения, которые, как правило, ортогональны. По технологиям, используемым для оценки наклона, датчики делятся на емкостные, наполненные жидкостью, с пузырьками газа в жидкости, электролитические, MEMS-акселерометры и инерционные IMU (Inertial Measurement Unit). MEMS-инклинометры завоевали популярность благодаря компактному размеру, низкой стоимости и простоте интеграции. Последние усовершенствования MEMS-технологии позволяют таким датчикам выигрывать также по шумовым характеристикам и показателям энергоэффективности.

Инклинометры можно разделить на две категории в зависимости от используемых алгоритмов:

На рисунке 1 представлены категории инклинометров и области их применения.

Рис. 1. Статические и динамические инклинометры и области их применения

Что такое инклинометр и зачем он нужен

Но есть и более сложное оборудование. К числу таковых разработок относится наклонометр, который еще называют инклинометром. Для чего необходимо такое устройство? На самом деле этот тип приборов позволяет определить угол наклона того или иного объекта, но уже относительно гравитационного поля Земли. В реальной практике такое оборудование широко распространено в строительстве. Еще наклонометры активно используются при эксплуатации различных сооружений и зданий. Не менее полезны эти устройства бывают в процессе бурения скважин.

Но стоит учитывать, что существует несколько типов этого оборудования. Какие же виды приборов бывают? Сегодня выделяются инклинометры:

Каждый из этих типов имеет свои уникальные особенности. Ртутные разновидности работают на основе колбы, заполненной ртутью. А вот маятниковые версии функционируют за счет маятника или отвеса. С помощью сохранения таких элементов в вертикальном положении вне зависимости от угла наклона можно получить необходимые сведения.

Ручные модели инклинометров работают на основе установленной внутри прибора трубки, заполненной жидкостью, и воздушного пузыря. При колебании инструмента пузырь определяет угол наклона с помощью шкалы. Электронные версии наиболее точные, так как в их основе лежит гироскоп.

Линейка промышленных акселерометров ST

Для определения наклона могут быть использованы акселерометры, измеряющие линейное ускорение. Промышленные акселерометры компании ST обладают расширенной функциональностью и идеально подходят для приложений с ультранизким потреблением. Они имеют режим пониженного энергопотребления, функцию автоматического пробуждения и буфер FIFO, который можно использовать для хранения данных, что снижает нагрузку на основной процессор и уменьшает энергопотребление системы в целом. Вся линейка оснащена последовательным цифровым интерфейсом (SPI и/или I2C) и функцией самодиагностики, которая позволяет проверить работоспособность датчика в готовом устройстве. Датчики могут генерировать сигналы прерывания по пробуждению, свободному падению и по положению.

Акселерометр идеален для статического инклинометра, где внешнее ускорение незначительно. Однако если объект вращается и испытывает значительные внешние ускорения, для стабилизации выходного сигнала наклона потребуются дополнительные измерения с помощью гироскопа. Для таких применений компания ST предлагает 6-осевые IMU iNEMO™, которые объединяют в компактном корпусе акселерометр, гироскоп и магнитометр и, кроме того, могут включать в себя специальное ядро машинного обучения.

В таблице 1 приведены основные параметры промышленных MEMS-акселерометров и 6-осевых IMU компании ST. Напряжение питания датчиков составляет от 1,71 до 3,6 В (от 2,1 В для IIS3DWB и IIS328DQ). Во все модели, за исключением акселерометра IIS328DQ, встроен температурный датчик.

Таблица 1. Основные параметры промышленных акселерометров и IMU компании ST

Теория измерения углов наклона

Измерение угла наклона акселерометром основано на измерении проекции вектора силы тяжести на ось измерения. Стоит иметь в виду, что акселерометр измеряет не только ускорение свободного падения, но и другие параметры: постоянное ускорение устройства, центростремительное ускорение за счет вращения устройства, вибрации. Эти дополнительные ускорения также проецируются на оси датчиков акселерометра и не могут быть легко отделены от ускорения свободного падения, что приводит к ошибке измерения. Поэтому для получения достоверных результатов необходимо проводить измерения только в статических или квазистатических условиях. Для других применений требуется использование динамических инклинометров и других методов измерений.

В статических или квазистатических условиях можно использовать три метода определения наклона в зависимости от количества осей измерения:

1. Использование одной оси акселерометра

При таком измерении датчик вращается вокруг одной фиксированной оси, ортогональной вектору силы тяжести (рисунок 2):

Рис. 2. Вращение датчика вокруг одной оси

Значение на выходе акселерометра будет равняться синусу угла наклона α – угла между горизонтальной плоскостью и осью измерения. Таким образом, угол наклона можно рассчитать по формуле:

где AX – выходное значение акселерометра (проекция ускорения на ось измерения), g – ускорение свободного падения (9,81 м/с2).

При измерении угла таким методом проявляются два недостатка: во-первых, величина чувствительности не является постоянной во всем диапазоне углов, а во-вторых, невозможно охватить полный угол в 360°. На рисунке 3 продемонстрировано изменение чувствительности измерения при изменении наклона. Видно, что чувствительность максимальна при наклоне около 0° и уменьшается с его увеличением.

Рис. 3. Изменение выходных данных акселерометра при изменении угла наклона

Рис. 4. Измерение углов α и π — α при одноосном методе

2. Использование двух осей акселерометра

Пример ориентации датчика при таком методе измерения представлен на рисунке 5:

Рис. 5. Измерение угла наклона по двум осям

Выходные значения по осям X и Y равны: AX= g×sin(α) и AY = g×cos(α). Как и в первом методе, можно вычислить обратный синус и обратный косинус, чтобы получить угол наклона, однако лучше использовать соотношение обоих показаний акселерометра, что соответствует тангенсу угла, и угол наклона вычислять с помощью арктангенса:

Преимущество использования такого расчета состоит в том, что чувствительность во всем диапазоне углов остается постоянной (рисунок 6).

Рис.6. Чувствительность при измерении наклона по двум осям

Кроме того, появляется возможность проводить измерения в полном диапазоне 360°, так как ориентацию можно распознать по полярности двух осей измерения, как показано на рисунке 7.

Рис. 7. Определение квадранта угла по двум осям

Таким образом, двухосный метод позволяет преодолеть недостатки первого метода измерений.

3. Использование трех осей акселерометра

Трехосное измерение наклона используется для измерения тангажа и крена во всем диапазоне 360° (рисунок 8).

Рис. 8. Использование трех осей при измерении наклона

Соотношения выходных сигналов трехосевого акселерометра и углов наклона α, β и γ представлены ниже:

$$A_=g\times sin(\alpha ) \Rightarrow \alpha =arcsin\left(\frac> \right)\:[рад]\\A_=g\times sin(\beta ) \Rightarrow \beta =arcsin\left(\frac> \right)\:[рад]\\A_=g\times sin(\gamma ) \Rightarrow \gamma =arcsin\left(\frac> \right)\:[рад]$$

При использовании этих формул появляются те же недостатки, что и при измерении по одной оси, поэтому рекомендуется использовать при вычислении функцию арктангенса:

Основные характеристики датчика Starline D10

Датчик наклона Старлайн является одним из самых популярных устройств данного назначения. Изготавливается Старлайн D10 на базе акселерометра с тремя осями. Датчик можно встроить абсолютно в любой тип охранной системы, имеющей подходящие разъёмы, чтобы произвести подключение.

Данная модель прекрасным образом способна реагировать на мельчайшие перемены, связанные с наклоном кузовной части авто – поперечные и продольные. Если даже угол наклона изменится на полтора градуса, то устройство моментально сработает.

Главные преимущества датчика наклона:

датчик в разъём, который предназначен для данной цели.

Источники ошибок и калибровка

Как и в любой электромеханической системе, на качество измерений акселерометров влияют такие факторы как шум, вибрация, смещение, дрейф температуры и т.д. Шум акселерометра возникает вследствие шума электроники, колебаний напряжения, ошибок АЦП и прочего. Естественный белый шум представлен плотностью шума в спецификации датчика. Даже при отсутствии собственного шума датчик может испытывать внешнюю вибрацию, которая портит сигнал. Точность измерений можно улучшить путем усреднения выходных данных по N выборкам, однако увеличение количества выборок увеличит задержку измерений.

От времени и температуры может меняться чувствительность датчика, ошибка чувствительности указывается в спецификации в процентах от младшего значащего разряда (LSB). Кроме этого, отклонения чувствительности характеризуют нелинейность датчика, которая указывается в спецификации как процент по отношению к полной шкале измерений: например, шкала ±2g и нелинейность 0,5% означают, что максимальная ошибка составляет 0,5% от 4g, то есть 2 mg. В случае неортогональных осей измерения может быть существенной ошибка кросс-осевой или поперечной чувствительности, возникающая, когда при ускорении по одной оси датчик измеряет некоторую часть ускорения и на другой оси. Ухудшать точность измерения наклона может также и некорректное расположение датчика: поворот корпуса акселерометра относительно печатной платы, т.е. несоосность датчика в конечном устройстве.

Смещение (постоянный уровень сигнала акселерометра при отсутствии ускорения) может меняться вследствие термических напряжений во время пайки, изменения температуры, старения и других факторов. С увеличением смещения ошибка измерений хотя бы по одной оси при разных углах будет возрастать, что приведет к увеличению общей ошибки, поэтому рекомендуется выполнять калибровку акселерометра.

В спецификациях указывается отклонение смещения при изменении температуры. MEMS-датчики компании ST имеют стабильные характеристики при изменении температуры, обычно не требуют температурной компенсации и хорошо откалиброваны при комнатной температуре (25°C). В отдельных случаях можно применить простую процедуру компенсации смещения: для этого нужно измерить сигнал с датчика в зафиксированном положении при двух разных температурах, отличающихся хотя бы на 10°C, вычислить коэффициент наклона прямой, полученной по двум значениям, и использовать вычисленное значение как поправочный коэффициент.

Для уменьшения ошибки смещения и повышения точности измерений можно выполнить заводскую калибровку датчика с использованием программных библиотек ST. Для таких применений как поворот экрана или обнаружение открытия/закрытия ноутбука дополнительная калибровка, как правило, не требуется. Однако в системах контроля уровня или автомобильных системах оповещения, когда нужна точность лучше 1°, рекомендуется калибровать акселерометр после его сборки в конечном устройстве.

Калибровка может осуществляться двумя методами: компенсацией смещения и усиления и методом наименьших квадратов. Первый метод наиболее прост и основан на установке датчика в нескольких положениях (рисунок 9).

Рис. 9. Расположение датчика при калибровке

Датчик необходимо размещать таким образом, чтобы вектор силы тяжести проецировался одновременно на одну измерительную ось. Затем это повторяется для всех осей в положительной и отрицательной ориентации. Это обеспечивает n*2 позиций, где n – количество осей. По показаниям датчика во время такой процедуры можно вычислить ошибки и учитывать их в виде поправочных коэффициентов.

Датчики контроля мертвой зоны

У каждого автомобиля есть одна особенность: как ни настраивай зеркала заднего вида, все равно останется какое-то неконтролируемое пространство, и объект, попавший в пределы этой мертвой зоны, увидеть невозможно. На дороге это опасно тем, что водитель, не заметив движущийся в соседней полосе немного позади автомобиль или мотоцикл (что более вероятно), перестроится и станет виновником аварии.

Статья в тему: Расход топлива Тойота Рав 4 2.0, 2.4, 2.5 на 100 км по отзывам владельцев

Для предотвращения таких ситуаций предназначены датчики контроля мертвой зоны. Они непрерывно сканируют не просматриваемое пространство и подают водителю предупреждающий сигнал, если в пределах мертвой зоны находится какой-либо объект.

Принцип работы датчика контроля мертвой зоны аналогичен радарам парктроника. С тем лишь отличием, что реагирует он на объекты, приближающиеся со скоростью более 10 км/ч, и игнорирует объекты, движущиеся во встречном направлении. Он посылает ультразвуковой сигнал, который отражается от объекта и возвращается обратно, после чего система вычисляет расстояние до объекта.

Устанавливаются датчики контроля мертвой зоны по несколько с каждой стороны. При появлении в контролируемом пространстве объекта его вначале регистрирует передний, и ЭБУ понимает, что ситуация пока не опасна, поскольку водитель видит приближающееся транспортное средство. По мере приближения объект пропадает из поля зрения сидящего за рулем, и тогда система контроля мертвых зон оповещает водителя об опасности.

Специализированные промышленные MEMS-инклинометры ST

Применение акселерометра для измерения наклона может быть целесообразным в некоторых приложениях, чувствительных к стоимости, но в промышленности, в жестких условиях эксплуатации, необходимо использовать специально предназначенные для измерения угла устройства – инклинометры. Кроме того, акселерометры подходят только для измерений в статических условиях, в случае дополнительных ускорений необходимо использовать динамические инклинометры.

Компания ST выпускает промышленные MEMS-инклинометры IIS2ICLX, IIS3DHHC для статических измерений и динамические инклинометры ISM330DHCX, ISM330DLC. Основные параметры этих датчиков и их особенности приведены в таблице 2.

Таблица 2. Параметры и особенности промышленных инклинометров компании ST

Рис. 10. Обработка данных ядром машинного обучения датчиков IIS2ICLX и ISM330DHCX

Для генерации прерываний в этих двух инклинометрах может использоваться программируемый конечный автомат, с помощью которого можно запрограммировать 16 независимых прерываний. В качестве данных для проверки условий прерывания могут быть использованы как показания самого датчика, так и показания внешних устройств. Прерывание генерируется при достижении конечного состояния или при выполнении определенной команды.

Что это такое?

Датчики наклона являются одними из наиболее распространенных устройств, используемых в различных приложениях. Они применяются для измерения положения наклона относительно силы тяжести, для определения наклона или ориентации объекта. В самолетах, например, датчик наклона помогает точно определить текущую ориентацию плоскости относительно ее угла наклона относительно земли. Это позволяет пилоту более эффективно преодолевать препятствия во время полета. На работу датчика наклона влияет множество факторов: сила тяжести, температура, калибровка датчика наклона, линейность и чувствительность к поперечным осям. Характеристики:

Инструменты для работы с инклинометрами

Для работы с MEMS-датчиками компания ST разработала материнскую плату STEVAL-MKI109V3 (рисунок 11) с микроконтроллером ARM Cortex-M4 STM32F401VE. Датчики подключаются к этой плате с помощью специальных плат-адаптеров DIL24 (рисунок 12):

В качестве программной поддержки можно использовать пакет Unico GUI, доступный для операционных систем Windows, Mac и Linux (Debian). Unico GUI – это графический интерфейс пользователя, взаимодействующий с платой STEVAL-MKI109V3 и позволяющий быстро и легко настроить датчики, а также полностью настроить все регистры и дополнительные функции (такие как ядро машинного обучения, конечный автомат, шагомер и т.д.). Unico GUI визуализирует выходные данные датчиков как в графическом, так и в числовом формате и позволяет пользователю сохранять и управлять данными, поступающими с датчиков.

Рис. 11. Материнская плата STEVAL-MKI109V3

Рис. 12. Платы-адаптеры DIL24 с датчиками IIS2ICLX, IIS3DHHC, ISM330DLC, ISM330DHCX (слева направо)

Другой вариант работы с MEMS-датчиками – это комбинация микроконтроллерной платы STM32 Nucleo с платой расширения для MEMS-датчиков (рисунок 13). В этом случае для аппаратной конфигурации можно использовать программный пакет X-CUBE-MEMS1, который содержит все библиотеки анализа движения и управления датчиками, а также множество примеров реализованных программ. Для визуализации данных предлагается многофункциональное приложение Unicleo GUI, доступное только для операционных систем Windows. Основная цель Unicleo GUI – продемонстрировать функциональность датчиков и алгоритмов ST.

Рис. 13. Микроконтроллерная плата NUCLEO-F401RE (слева) и плата расширения X-NUCLEO-IKS01A2 (справа)

Для IoT-применений компания выпустила специальную отладочную плату STEVAL-STWINKT1 с установленными Bluetouth-модулем и различными MEMS-датчиками, в числе которых ISM330DHCX, IIS3DWB, IIS2DH.

Тестирование работоспособности и корректировка параметров

После электрического соединения элементов датчика наклона производится загрузка программы, на устройство через ПК, для чего вам необходимо:

Если вас не устраивает положение, в котором светодиод начинает загораться, его можно откорректировать. Для изменения угла наклона, при котором датчик будет сигнализировать об изменении положения, вам понадобится:

Рис. 5. Снимок экрана программирования Arduino Uno

Теперь устройство будет работать с более приемлемым для вас углом наклона. Здесь разобран пример корректировки угла перемещения датчика влево и вправо. Но при желании вы можете проделать те же манипуляции и для изменения угла наклона вперед и назад, при переходе через который будут загораться и гаснуть светодиоды.

Библиотеки для измерения углов наклона MotionTL, MotionTL2, MotionDI

Библиотеки MotionTL, MotionTL2 и MotionDL, входящие в состав программного пакета X-CUBE-MEMS1, предназначены для анализа данных с инклинометров и предоставляют информацию об углах наклона в режиме реального времени через графический интерфейс Unicleo, а также позволяют выполнять калибровку датчиков. Эти библиотеки разработаны на основе библиотек STM32Cube и могут быть использованы для ARM-микроконтроллеров STM32 семейств Cortex-M3, Cortex-M4, Cortex-M7 и Cortex-M0+.

Библиотека MotionTL используется для трехосевых акселерометров и имеет два режима предоставления данных:

Для мониторинга данных в реальном времени требуется подключение через USB-кабель. Это позволяет пользователю отображать в реальном времени рассчитанные углы наклона, данные акселерометра, отметки времени и другие данные датчиков с помощью графического интерфейса пользователя Unicleo. При необходимости библиотека также может выполнять 6-позиционную калибровку акселерометра. Параметры калибровки (смещение и усиление для всех трех осей) отображаются в графическом интерфейсе пользователя Unicleo и сохраняются во flash-памяти микроконтроллера. Сохраненные калибровочные коэффициенты автоматически загружаются и используются при следующем включении платы.

Рис. 14. Окно расчета тангажа (Pitch), крена (Roll) и наклона относительно вектора гравитации (Gravity Inclination) с помощью библиотеки MotionTL в графическом интерфейсе Unicleo

Рис. 15. Окно расчета углов наклона theta, psi и phi с помощью библиотеки MotionTL в графическом интерфейсе Unicleo

MotionTL2 реализует алгоритм вычисления наклона для оценки ориентации одной или двух осей в пространстве. Библиотека имеет настройку снижения воздействия вибрации, в ней имеются два режима вычисления:

Рис. 16. Одноплоскостной режим измерения с помощью библиотеки MotionTL2 в графическом интерфейсе Unicleo

Рис. 17. Двухплоскостной режим измерения с помощью библиотеки MotionTL2 в графическом интерфейсе Unicleo

Библиотека MotionDI (рисунок 18) использует данные от акселерометра и гироскопа и выполняет вычисления вектора вращения, кватернионов, углов Эйлера и линейного ускорения. Кроме калибровки акселерометра, библиотека предоставляет возможность калибровки гироскопа.

В библиотеке MotionDI применяется цифровой фильтр, основанный на теории фильтра Калмана, для объединения данных с нескольких датчиков и компенсации ограничений каждого из них. Например, поскольку дрейф данных гироскопа может повлиять на оценку ориентации, акселерометр можно использовать для получения информации об абсолютном угле наклона.

Рис. 18. Окно расчета тангажа и крена с помощью библиотеки MotionDI в графическом интерфейсе Unicleo

Рис. 19. Окно расчета вектора ориентации с помощью библиотеки MotionDI в графическом интерфейсе Unicleo

В таблице 4 приведены сводные параметры трех библиотек. Стоит отметить, что компания ST также разработала ряд других программных библиотек, входящих в состав пакета X-CUBE-MEMS1 и упрощающих разработку программного кода обработки данных с MEMS-датчиков: MotionAC для калибровки акселерометров, MotionAR для обнаружения активности, MotionID для определения интенсивности движения и другие.

Таблица 4. Сводные характеристики библиотек

Датчик наклона автомобиля

Датчик крена или наклона автомобиля предназначен для контроля угла крена кузова машины, чтобы при необходимости автоматика могла вмешаться в работу водителя. Особенно полезен датчик крена для внедорожников. Это обусловлено высоко расположенным центром тяжести автомобилей данного класса и склонностью к опрокидыванию.

Статья в тему: 2009-mercedes-benz-sl-class-interior

Кроме того, датчик крена (наклона) нередко входит в состав охранной системы авто. В этом случае он включает режим «Паника» при поддомкрачивании машины. В этом случае при постановке машины на охрану, датчик наклона регистрирует положение кузова как эталонное. Даже при небольшом изменении угла наклона кузова включается сирена.

Источник