Návod ke kurzu v PDF formátu ke stažení.

Synchronizace zpráv (rámců) z MEMs systémů na
CAN sběrnici
Obsah
Zadání – měření na sběrnici CAN ............................................................................................................ 3
Úvod ........................................................................................................................................................ 3
MEMs....................................................................................................................................................... 3
Popis software pro USB2CAN .................................................................................................................. 3
Popis měřicích modulů (MEMs akcelerometrů) ...................................................................................... 5
Popis MEMs systému (akcelerometru) MMA7456 ................................................................................. 7
Popis SPI komunikace .............................................................................................................................. 8
Popis komunikačních rámců pro MEMs moduly ................................................................................... 10
Kontrolní otázky .................................................................................................................................... 13
Zadání – měření na vibrátoru TIRA........................................................................................................ 14
Piezoresistivní akcelerometr Brüel&Kjær (4574) .................................................................................. 15
Signálový analyzátor LabShop Pulse (Brüel&Kjær) ............................................................................... 15
Vibrátor Tira .......................................................................................................................................... 16
Popis systému cRIO ............................................................................................................................... 16
Popis CAN modul NI cRIO - 9853 ....................................................................................................... 17
Popis MEMS akcelerometru, způsob komunikace ................................................................................ 18
Konstrukční řešení snímače............................................................................................................... 18
Nastavení offsetu .................................................................................................................................. 19
Měření 6ti CAN senzory......................................................................................................................... 20
Kalibrace snímačů.................................................................................................................................. 21
Zadání – měření na sběrnici CAN
1. Seznamte se s prvky laboratorní úlohy demonstrující možnosti synchronizace měřicích
modulů na CAN sběrnici.
2. Seznamte se s převodníkem USB2CAN a s možnosti softwarové podpory pro tento převodník,
sestavte konfigurační rámce pro jednotlivé měřicí moduly.
3. Pomocí příkazů přes CAN sběrnici proveďte konfiguraci vybraného snímače a ověřte
funkčnost SPI komunikace s využitím osciloskopu.
4. Připojte minimálně 2 měřicí moduly na CAN sběrnici a proveďte základní měření (ověření)
funkčnosti snímačů.
5. Proveďte současné měření na dvou snímačích. Vytvořte sled příkazových CAN rámců
umožňující automatické čtení aktuálních zrychlení v jednotlivých MEMs modulech.
Zohledněte vzorkovací periodu.
6. Vytvořte sled příkazových CAN rámců umožňující automatické čtení aktuálního zrychlení
z vybraného MEMs systému pro různé vzorkovací frekvence.
7. Vyjádřete se k výsledkům měření a vše prezentujte formou protokolu.
Úvod
CAN je dvouvodičová sériová datová sběrnice vyvinutá firmou Bosch. Použitá přenosová cesta může
být tvořena kroucenou dvojlinkou. Elektrické parametry fyzického přenosu jsou specifikované
normou ISO 11898. CAN protokol odpovídá datovému přenosu vrstvy v ISO/OSI referenčním modelu.
Síťový protokol detekuje a opravuje přenosové chyby vzniklé od okolních elektromagnetických polí.
Dovoluje snadné nastavení (konfiguraci) systému a umožňuje centrální diagnostiku. Obsah zprávy je
dán identifikátorem (ID), který je v celé síti jedinečný. Tento identifikátor definuje obsah přenášené
zprávy a zároveň i prioritu zprávy při pokusu o její odeslání na sběrnici. Vyšší prioritu mají zprávy s
nižší hodnotou identifikátoru. Příjem zpráv může být mnohonásobný (jedna zpráva může být přijata
několika zařízeními). Maximální rychlost přenosu je na sběrnici 1Mbit/sec.
Bližší informace viz specifikace CAN.
MEMs
Produkty MEMs vychází z možností MEMs technologie a jedná se především o pohybové senzory
(akcelerometry, gyroskopy…), ale i mikročerpadla, mikropohony, mikrocívky aj. V souvislosti s těmito
produkty se hovoří o systému na čipu nebo také o inteligentním snímači, jelikož je zde přítomen jak
mechanický subsystém (nutný pro transformaci fyzikální podstaty na elektrickou veličinu), tak
elektronický subsystém zajišťující následné zpracování, neboli postprocessing (zesílení, saturace,
filtrace aj.).
Popis software pro USB2CAN
USB2CAN je adaptér pro připojení sběrnice CAN k PC prostřednictvím USB. Toto zařízení je
inovovanou variantou CAN bus převodníku PP2CAN. Zařízení využívá pro komunikaci po USB obvodu
firmy FTDI. Jako CAN bus controller je použit obvod SJA1000, který je dnes standardem pro CAN - PC
interface. Mezi tyto dva obvody je vložen mikroprocesor PIC řady 18, který zajišťuje obsluhu obou
obvodů, provádí transformaci dat a slouží jako další vrstva vyrovnávací paměti. Tento mikroprocesor
obsahuje bootloader a dovoluje provádět update originálního firmware, případně zavádět
specializovaný uživatelský firmware [ http://www.usb2can.wz.cz/].
Obr. 1 Modul USB2CAN
Obr. 2 Hlavní okno aplikace
Okno aplikace USBCAN je rozděleno do několika částí. Nejdůležitější částí jsou v následujícím
seznamu:







Menu programu, kde jsou k dispozici jednotlivé nástroje pro analýzu komunikace, nástroje
pro generování dat apod.
Okno logu přijatých zpráv
Okno logu manuálně odeslaných zpráv
Okno pro zobrazení hlášení programů
Okno databáze předdefinovaných zpráv
Pomocná lišta (ResetCAN, Reset Logu …)
Okno pro nastavení a manuální odeslání zprávy na CAN


Okno pro práci s databází předdefinovaných zpráv
Okno pro práci s výběrem více předdefinovaných zpráv.
Obr. 3 Okno cyklického zasílání rámců na CAN sběrnici
Obr. 4 Okno grafického zobrazení dílčích Bytů CAN rámce
Bližší popis naleznete v manuálu pro jednotku nebo na adrese
http://pp2can.wz.cz/pages/download/pp2can/Diagnosticky%20SW%20PP2CAN%20CZ.pdf.
Pro nás důležitými záložkami jsou záložky „Senders“ a „Receivers“. Pomocí těchto záložek lze cyklicky
posílat např. zprávy, které obsahují 8 bytů datového rámce.
Popis měřicích modulů (MEMs akcelerometrů)
Celý měřicí systém je sestaven s MEMs akcelerometru firmy freescale. Blokové schéma celého
systému je na obr. 5.
Celý systém je složeny z několika měřicích modulů umístěných na specifických místech např. káry.
Jednočipový procesor realizuje komunikační most mezi MEMs systémem a CAN sběrnici. Tento
jednočipový procesor obsahuje, jak SPI komunikaci (komunikace ze strany MEMs systému), tak i
modul pro CAN komunikaci (strana komunikace s nadřazeným systémem). Pro vyhodnocení
naměřených dat je možno využít např. software USB2CAN.
Základem komunikační jednotky je jednočipový procesor řady PIC (PIC16F258), jehož součástí je i
modul určený pro CAN komunikaci. Pro unifikaci signálů pro fyzickou vrstvu je použit převodník
MCP2551. Součástí tohoto jednočipového počítače je i modul podporující SPI a I2C komunikaci.
S ohledem na požadovanou rychlost SPI komunikace je vytvořen softwarový komunikační modul,
pracující na maximální rychlosti procesoru. Ta je dána 16 MHz krystalem. Schéma zapojení je na
obr. 6.
Obr. 5 Schéma zapojení desky senzoru
Obr. 6 Schéma zapojení komunikační desky na basi PIC
Vývody desky tištěného spoje jsou vyvedeny na vnější okraje. Desky s MEMs systémy mají vývody
umístěny také na okraj podle významu signálu. To umožňuje připojení různých typů těchto senzorů.
Podle typu senzoru je třeba vložit patřičný firmware do jednočipového počítače, který umožňuje
komunikaci s vybranými MEMs systémy.
SPI bus
……..
DSP
DSP
s MMA7456L
s MMA7456L
Modul 1
CompactRIO
SPI bus
USB2CAN
DSP
s PIC18F258
NI 9853
DSP
s PIC18F258
USB
Modul 2
TCP/IP
Obr. 7 Blokové schéma úlohy
Popis MEMs systému (akcelerometru) MMA7456
Použité MEMs systémy jsou tříosé akcelerometry firmy freescale komunikující meziobvodovou
komunikaci SPI. Na následujícím obrázku je mapa registrů těchto akcelerometrů. Bližší popis lze najít
v pdf souboru pro daný akcelerometr [http://www.freescale.com/files/sensors/doc/data_sheet/
MMA7456L.pdf].
Obr. 8 Mapa registrů MEMs senzoru
Obr. 9 Hodnoty registrů (měřicích) pro různé rozsahy
Popis SPI komunikace
SPI je meziobvodová komunikace využívána v tomto případě na přenos dat z MEMs systému do
komunikačního modulu. Základem komunikace jsou signály CS\, SDI, SDO, SPC. Signál CS\ slouží
k výběru obvodu, se kterým bude obvod komunikovat. Signál SPC jsou hodinové pulsy synchronizující
sériový přenos jednotlivých bitů z MEMs systému do komunikačního modulu na basi PIC. Signály SDI
a SDO jsou určeny pro přenos obsahu jednotlivých bitů (dat). Při třívodičovém spojení je SDI a SDO
spojen do jednoho vodiče. V této konfiguraci je třeba zajistit přepínání směru toku dat na straně
jednočipu (komunikačního modulu). Na následujícím obrázku je grafické znázornění přenosu dat po
SPI.
Obr. 10 Příklad SPI komunikace s reálnými průběhy
Obr. 11 Čtení 8-mi bitových registrů ve 4 vodičovém zapojení (MMA7456)
Obr. 12 Čtení 8-mi bitových registrů v 3 vodičovém zapojení
S použitím dvoukanálového osciloskopu zaznamenejte průběhy jednotlivých signálů na SPI sběrnici.
Začněte připojením sondy na /CS signál. Pomocí příkazů z programového prostředí USB2CAN
proveďte konfiguraci vybraných registrů v MEMs senzoru např. OFF SET X, OFF SET Y, OFF SET Z, do
kterých lze zapisovat i z nich číst (R/W).
Následně připojte druhou sondu osciloskopu na signál SPC. Pokud je signál /CS aktivní měl by
procesor generovat 16 pulsů, které provádějí synchronizaci jednotlivých bitů na datových vodičích
SDI, SDO.
Sondu s /CS signálů přiložte k signálu SDO a v prostředí pro USB2CAN vyšlete rámec zapisující data do
registrů v MEMs snímači. Na SDO se objevují jednotlivé bity dle obr. 12.
Proveďte porovnání vyslaných dat s daty na sběrnici SPI.
Stejný postup použijte pro čtení dat z MEMs systému. Data (obsah registru) se, ale objeví na SDI
vodiči. To znamená, že adresu vysílá procesor na vodič SDO a datový byte vysílá senzor na SDI. Toto
platí pro čtyř vodičové zapojení, které je použito v tomto případě.
Pro měření použijte osciloskop DSO1060, jehož základní funkce jsou:







Dvoukanálový, šířka pásma 60Mhz
Maximální vzorkovací frekvence v reálném čase 150MSa/s
Hloubka paměti – 32K bodů (jeden kanál), 16K bodů (dvoukanál)
Barevný TFT LCD displej s rozlišením 320x240 bodů.
USB rozhraní pro ukládání a tisk, podporuje upgrade firmware přes USB rozhraní.
Nastavitelná intenzita časového průběh, efektivnější sledování průběhu signálu.
One-touch automatické nastavení, snadné používání (AUTOSET).
 15 průběhů, 15 nastavení, podporuje formát bitmapy a CSV.
 22 automatických měření.
 Automatické sledování měření kurzorem.
 Záznam průběhů, záznam a přehrávaní dynamických průběhů.
 Uživatelsky volitelná rychlá kalibrace offsetu.
 Zabudovaná FFT funkce, frekvenční čítač.
 Funkce Pass / Fail.
 Matematické funkce sčítání, odčítání, násobení a dělení.
 Pokročilé typy spouštění: Hrana signálu, šířka pulsu, ALT, Video.
 Více jazyčné uživatelské rozhraní.
 Pop-up (rozbalovací) menu umožňuje snadné čtení a snadné použití.
 Zabudovaný vícejazyčný systém nápovědy.
 Jednoduše použitelný systém souborů podporuje vícejazyčné znaky v názvu souboru.
 Volitelná šířka pásma 20MHz.
Manuál naleznete na http://www.gme.cz/_dokumentace/dokumenty/779/779-082/czn.779082.1.pdf.
Obr. 13 Dvoukanálový osciloskop DSO1060
Popis komunikačních rámců pro MEMs moduly
Všechny senzory s komunikačním modulem jsou připojeny na CAN sběrnici. Pomocí software
USB2CAN můžeme konfigurovat a číst data z jednotlivých modulů. Lze přistupovat až k registrům
jednotlivých MEMs systémů.
Pokud chceme přečíst jen aktuální zrychlení všech senzorů připojených na sběrnici, musíme poslat
rámec s ID 1, který obsahuje jako 1. Byte 255.
Pokud chceme komunikovat jen s vybraným senzorem na sběrnici CAN, musíme nastavit v 1. Byte
rámce s ID 1 hodnotu ID_modulu. Pak následuje selekce čtení/zápis apod. Následují hodnoty podle
funkce. Všechny dotazy a odpovědi jsou popsáno v následujících tabulkách. Senzor odpoví jen jedním
rámcem ze snímače.
ID od modulu mastr (nadřazená úroveň) je vždy 1.
Tab. 1 Popis rámců vysílaných z modulu mastr (dotaz)
Byte
B0
B1
B2
B3
B4
B5
B6
B7
C1
C2
C3
C4
C5
255
ID_m
ID_m
ID_m
ID_m
x
128
1
15
240
x
x
ms
Adr
Adr
x
x
us
Hod
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
čtení ze všech připojených
čtení jen z jedné desky
nastaveni časových int.
zápis do registrů senzorů
čtení z registrů senzorů
Tab. 2 Popis rámců vysílaných z modulu slave (odpověď)
Byte
B0
B1
B2
B3
B4
B5
B6
B7
hod
x
x
x
x
x
x
YL
YH
ZL
ZH
POC
DRDY vrací tento rámec při čtení
Po příkazu C5
adr
čtení z registrů senzorů
Po příkazu C1 a C2
XL
XH
Obr. 13 Umístění senzoru na vozidle
Obr. 14 Řídicí (koordinační) jednotka C Rio
Obr. 14 Aplikace pro konfiguraci řídicího systému a záznam dat v prostředí LabView
Kontrolní otázky
1. Z čeho je složený komunikační rámec na CANu?
2. Co je to SPI komunikace? Vysvětlete princip komunikace.
3. Jakým způsobem jsou prezentované záporná čísla v PC?
Zadání – měření na vibrátoru TIRA
1. Seznamte se s principem a parametry pizorezistivního akcelerometru Brüel&Kjær (4574),
akcelerometr zapojte jako referenční senzor.
2. Seznamte se s principem a parametry signálového analyzátoru LabShop Pulse včetně
doprovodného SW. Vytvořte budící signál pro testování akcelerometrů na vibrátoru TIRA.
3. Seznamte se s parametry a funkcí vibrátoru TIRA, osaďte vibrátor TIRA testovanými senzory a
referenčními senzory.
4. Seznamte se s funkcí a parametry měřicí ústředny cRIO s instalovanou komunikační CAN
kartou. Testované CAN akcelerometry (6ks) zapojte do senzorické sítě a zapojte je k měřicí
ústředně cRIO.
5. Před měřením vynulujte senzory pomocí funkce nastavení offsetu.
6. Proveďte měření budicího sinusového signálu s frekvencí 10Hz na 6ti CAN senzorech a
referenčním Brüel&Kjær akceleroemtru. Naměřené údaje porovnejte a vyhodnoťte, zda jsou
data synchronizována.
7. Proveďte měření jednoho vybraného snímače CAN a referenčního snímače Brüel&Kjær,
porovnejte naměřené amplitudy zrychlení a navrhněte koeficient pro kalibraci CAN snímače
na referenční hodnotu.
Piezoresistivní akcelerometr Brüel&Kjær (4574)
Tento snímač je zkonstruován tak aby kromě vibrací byl schopen měřit i statické zrychlení
(gravitační zrychlení země). Tento snímač má vysokou teplotní stabilitu (od nízkou spotřebu, je odolný proti rázu až 10 000 g.
Obr. 15 Akcelerometr Brüel&Kjær (4574)
Tab. 2: Parametry akcelerometrů Brüel&Kjær
Jednotky
4574
mV /ms-2
20
ms-2
 100
Frekvenční rozsah 10%
Hz
0 až 500
Vnitřní šum
μV
500
Šum (DC až f10%)
μV RMS
350
Šum (0,5 až 100 Hz)
μV RMS
150
Citlivost
Měřicí rozsah
Signálový analyzátor LabShop Pulse (Brüel&Kjær)
Toto měřicí zařízení obsahuje 9 vstupních a 2 výstupní kanály. Frekvenční rozsah je až 25,6 kHz. Je
to snadno přenosné zařízení, pro jeho obsluhu je nutné použít PC (notebook). S počítačem
komunikuje přes TCP/IP.
Obrázek 16 – Signálový analyzátor Pulse
Toto profesionální měřicí zařízení budeme pro potřeby kalibrace a synchronizace považovat za
etalon, se kterým srovnáme výsledky zaznamenané CAN snímači. Rovněž bude tímto zařízením
generován budící signál pro vibrátor TIRA.
Vibrátor Tira
Toto zařízení slouží k přeměně vygenerovaného nebo zaznamenaného signálu zpět na pohyb (v
jedné ose). Jak je vidět na následujícím obrázku, k vibrátoru je připevněna tuhá hliníková deska,
ke které jsou připevněny snímače.
Obrázek 17 – Vibrátor Tira s připevněnými snímači
Toto technické řešení by mělo být dostatečně tuhé pro měření nízkých frekvencí (do 50 Hz).
Frekvenční rozsah vibrátoru je 2 Hz až 7 kHz.
Popis systému cRIO
Pro měření vibrací v reálném čase použijeme jednotku cRIO (Obr. 18). Toto zařízení se skládá z
controlleru (NI cRIO – 9014) a boxu (NI cRIO – 9104) do kterého se zasouvají I/O moduly a v němž
je programovatelné hradlové pole (FPGA). Controller obsahuje 128 MB paměť DRAM, 2 GB flash
paměť pro ukládání dat aplikací a průmyslový procesor o frekvenci 200 MHz. Je zde i speciální
operační systém. Je vybaveno portem RS 232, USB a konektorem RJ-45 pro síťovou komunikaci.
Pro napájení se používá stejnosměrné napětí 9 až 30 V.
Obr. 18 Měřicí zařízení cRIO
Toto zařízení bylo zvoleno pro svou robustnost, odolnost, nízkou spotřebu energie, malé
rozměry, přesnost a variabilitu možností použití různých I/O modulů. Díky těmto vlastnostem je
možné ho používat i pro měření za jízdy vozidla i za působení vibrací, při nichž by například
notebook nemohl pracovat. Může být přímo ovládáno počítačem, ale může také pracovat
nezávisle na ostatních zařízeních. Skládá se ze dvou částí. RT část, kde je procesor a speciální
operační systém, který umožňuje přesnější vzorkování než to, které je možné dosáhnout na
operačních systémech klasických počítačů. Přesné vzorkování je potřebné pro přesné měření
vibrací. Druhá část je FPGA – část která přímo komunikuje s I/O moduly, ta umožňuje ještě
přesnější vzorkování než RT část cRIO.
Popis CAN modul NI cRIO - 9853
K tomuto měření, abychom mohli připojit níže uvedený snímač s CAN rozhraním potřebujeme
především I/O modul NI cRIO – 9853 (Obr. 19). Tento modul slouží pro připojení CAN sběrnice.
Obsahuje dva vysokorychlostní porty se standardními konektory DE9M (DB9) (Obr. 19). První je
napájen vnitřně, druhý z vnějšku. Obsahuje CAN controller SJA1000 a CAN vysílač/přijímač
TJA1041 (Philips). Umožňuje synchronizaci s ostatními I/O moduly cRIO. Data jsou přenášena
rychlostí 1 Mb/s.
Obr. 19 Modul NI 9853
Popis MEMS akcelerometru, způsob komunikace
MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) akcelerometry typu MMA7456 jsou miniaturní a
levné snímače zrychlení, které dokážou pracovat v několika uživatelem volitelných režimech.
Tento typ snímače je tříosý s volitelnými rozsahy ± 2g, ± 4g, ± 8g. Maximální nedestruktivní
zrychlení snímače je pak 5000g. Snímač je digitální, dokáže komunikovat přes SPI nebo I2C
sběrnici, díky tomuto řešení je možné snadno provádět změny nastavení snímače, nebo využívat
různé funkce jako je měření zrychlení nebo detekce pulsů a úrovní. Zrychlení přečtené ze
sběrnice může být v podobě 8 nebo 10 Bit čísla a to pro všechny osy. V praxi to vypadá tak, že pro
každou osu je zde jeden registr pro 8 Bit přesnost a dva registry pro 10 Bit přesnost (čte se zvlášť
získáváno v podobě 10 Bit čísla. To znamená, že na celý rozsah připadá 1024 hodnot (210), tím je
dána citlivost snímače, která je 64 hodnot / 1 g.
Tento typ snímače dokáže měřit i statické zrychlení (např. gravitační zrychlení). K pevnému
nastavení offsetu (vynulování os na které nepůsobí gravitace) zde slouží 6 registrů, do nichž se
zapisuje hodnota vypočítaná z naměřeného zrychlení. Jeden výpočet a nastavení offsetu
zpravidla nestačí, je vhodné ho zopakovat vícekrát (pro 10 Bit čtení stačí asi 5x). Nastavené
hodnoty ve snímači zůstanou do odpojení napájecího napětí.
Snímač má dvě volitelné vnitřní frekvence měření a to 125 Hz s digitálním filtrem dolní propust
62.5 Hz a 250 Hz s filtrem dolní propust 125 Hz.
Konstrukční řešení snímače
Část snímače, která je citlivá na zrychlení je tvořena poměrnými kondenzátory s pohyblivou částí
a třemi elektrodami (Obr. 20). Zrychlení působící na snímač způsobí vychýlení pohyblivé
elektrody a tím dojde ke změně kapacity. Toto řečení je výhodné v tom, že je možné měřit i
statické zrychlení.
Zrychlení
Obrázek 20 Princip MEMS akcelerometru
Ve skutečnosti je snímač značně složitější, zvláště pak když se jedná o tříosý akcelerometr. V této
úloze snímač s okolím komunikuje přes CAN (Obr. 22). Je složen ze dvou desek plošných spojů,
které jsou připájeny dohromady (Obr. 21). Na jedné desce je MEMS akcelerometr a komunikuje s
deskou, na které je jednočipový procesor a ten obstarává komunikaci s okolím přes CAN.
Strana snímače
Strana mikroprocesoru
Konektor RJ-45
Obr. 21 MEMS akcelerometr přizpůsobený pro CAN
Pro připojení k ostatním snímačům a k systému cRIO je používaný síťový konektor RJ-45. Díky
tomu je možné snadno, rychle a levně připojovat snímače a rozšiřovat síť snímačů.
Systém cRIO
Jednočipový
mikroprocesor
Notebook
FPGA
MEMS
SPI
CAN
RT
WiFi
Obr. 22 Blokové schéma měření zrychlení MEMS senzorem přes CAN.
Nastavení offsetu
Nastavení offsetu je vyrovnání os vzhledem ke gravitačnímu poli Země. Výpočet je vhodné několikrát
po sobě zopakovat, dochází tak k jeho zpřesnění (nejlépe 5 až 8 krát). Vypočtené hodnoty jsou
zapsány přímo do MEMS akcelerometru a zůstanou v něm do jeho vypnutí. Pro výpočet offsetu je
nutné, aby byl snímač v měřicí poloze a v klidu.
x
y
z
Obr. 23 Princip nastavení offsetu
V současnosti je offset vypočítáván buď při startu měřicí aplikace automaticky a data jsou zapsány do
registrů snímačů a souboru měřicího zařízení, nebo jsou přímo z tohoto souboru načteny a zapsány
rovnou do registrů snímačů.
Měření 6ti CAN senzory
Každý snímač má svoje ID, které je pevně dáno, díky tomu je možné se snímači snadněji pracovat a
umožňuje to využití seznamů s informacemi o kalibračních hodnotách či offsetu snímačů.
Data jsou ze snímačů postupně posílány po rozpoznání příkazu pro odesílání dat, který se zvolenou
periodou generuje měřicí zařízení. Pořadí odesílání dat na sběrnici je dáno proměnnou na jednočipu
snímače, ta říká, který snímač má odeslat data dřív. Toto pořadí se po startu měřicí aplikace
automaticky přizpůsobuje připojeným snímačům.
Tímto je zajištěna synchronizace snímačů. Měřicí zařízení dokáže rozpoznat i počet připojených
snímačů a tomu může přizpůsobit vzorkovací frekvenci měření, aby po připojení většího počtu
snímačů a nastavení vysoké vzorkovací frekvence stihly všechny snímače odeslat svá data na sběrnici.
Časový záznam sin. 10Hz, fs=125 Hz
0,8
0,6
Zrychlení [g]
0,4
s2_z
s3_z
0,2
s4_z
0
10
10,05
10,1
10,15
10,2
10,25
10,3
10,35
10,4
10,45
-0,2
10,5
s5_z
s6_z
s7_z
-0,4
-0,6
-0,8
Čas [s]
Obr. 24 Časový záznam 6ti senzorů na vibrátoru TIRA
Kalibrace snímačů
Snímače mají již po nastavení offsetu dostatečnou přesnost pro jednodušší úlohy, pro zpřesnění je
možné provést kalibraci. Dá se provést tak, že se snímač položí na rovnou podložku, kalibrovat se
bude osa rovnoběžná se směrem působení gravitačního zrychlení Země. Pokud byl ve snímači
správně nastaven offset a nebyla zvolena osa působení gravitace, bude snímač ukazovat 0 g. Po jeho
převrácení pak bude ukazovat hodnotu okolo 2 g. Tato hodnota odpovídá dvojnásobku gravitačního
zrychlení a polovina odchylky od něj je kalibrační hodnota, kterou se násobí měřená data. Výsledek je
porovnán s jiným několikanásobně přesnějším snímačem Brüel&Kjær 4574.
Srovnání dvou snímačů v čase (sin. 30 Hz)
0,8
0,6
0,4
Zrychlení [g]
0,2
CAN snímač č.7
0
10
10,1
10,2
10,3
10,4
10,5
-0,2
-0,4
-0,6
-0,8
Čas [s]
Obr. 25 Porovnání amplitud referenčního a kalibrovaného snímače
B&K 4574
Popis MEMs akcelerometrů typu MMA8451Q
Dalším typem akcelerometrů připojených do CAN senzorické sítě je typ MMA8451Q firmy Freescale.
Tento senzor má stejně jako MMA7456 volitelný rozsah ±2g, ±4g nebo ±8g a snímání ve třech osách
zároveň. Na rozdíl od staršího senzoru ale disponuje výrazně větší výstupní vzorkovací frekvencí (1.56
Hz, 6.25 Hz, 12.5 Hz, 50 Hz, 100 Hz, 200 Hz, 400 Hz a 800 Hz) a vyšší přesností výstupu (volitelný 14ti
bitový nebo 8bitový výstup je navíc doplněn o FIFO frontu s velikostí 32 vzorků). Senzor má
integrovaný horno/dolno propustný filtr, které je možné konfigurovat.
V této měřicí úloze bude využita 14ti bitová přesnost čtení a maximální rozsah ±8g, to znamená, že na
rozsah -8g; 8g máme k dispozici 214 úrovní, tedy citlivost snímače je 1024 hodnot na jedno g.
Popis MEMS gyroskopu ADIS16365BMLZ
Posledním snímačem připojeným do CAN senzorické sítě je MEMs akcelerometr/gyroskop od firmy
Analog Devcices (typ ADIS 16365). Tento komplexní senzor obsahuje tříosý digitální gyroskop
s nastavitelným rozsahem (±75°/s, ±150°/s ±300°/s) a také tříosý digitální akcelerometr s rozsahem
±18g, integrováno je také teplotní čidlo.
Senzor pracuje s vnitřní vzorkovací rychlostí 819.2 vzorků/s. S touto frekvencí je také možné
naměřené data číst pomocí digitálního SPI rozhraní. Digitální registry pro čtení zrychlení jsou 14ti
bitové. Pro měřen budeme používat maximální rozsah ±300°/sec. a ±18g, což znamená, že citlivost
snímače je 27 hodnot na °/sec. a 455 hodnot na g.
Literatura
ANALOG DEVICES 2007. MEMS and Sensors - iMEMS Gyroscopes, [online] available from web:
http://www.analog.com.
KIONIX 2007. Mems inertial sensors, product specification, [online] available from web: http://www.kionix.com.
ŠKUTA, J., BABIUCH, M. 2007. Usage of serial interface for communication with MEMS components. In
Proceedings of 8th International Carpathian Control Conference ICCC’2007. Štrbské Pleso: TU Košice,
May 24-27, 2007, pp. 705-708. ISBN 978-80-8073-805-1.
CONTROL WEB 5. 2007. CW 5 Development system specification - Moravské přístroje, a.s., Available from
www: <URL:http//www.mii.cz>.
VACEK, V. 2007. Praktické použití procesoru PIC. Praha, BEN-technická literatura, ISBN 80-86056-56-7.