TDK
ICM

Отладочная платформа SmartMotion для датчиков движения от TDK и InvenSense

Два года назад японская компания TDK согласовала приобретение американской фирмы InvenSense, что позволило японскому производителю стать одним из крупнейших игроков на рынке МЭМС-датчиков. В начале 2018 года, с целью продвижения своей продукции, TDK объявила о создании отладочной платформы SmartMotion. В настоящее время SmartMotion объединяет шесть отладочных плат и сопутствующее программное обеспечение. С помощью SmartMotion разработчики могут в максимально сжатые сроки начать работу с многоосевыми инерционными сенсорами ICM-20602, ICM-20680, ICM-20648, ICM-20789, ICM-20948 и датчиком давления ICP-10111.
460
В избранное

Два года назад японская компания TDK согласовала приобретение американской фирмы InvenSense, что позволило японскому производителю стать одним из крупнейших игроков на рынке МЭМС-датчиков. В начале 2018 года, с целью продвижения своей продукции, TDK объявила о создании отладочной платформы SmartMotion. В настоящее время SmartMotion объединяет шесть отладочных плат и сопутствующее программное обеспечение. С помощью SmartMotion разработчики могут в максимально сжатые сроки начать работу с многоосевыми инерционными сенсорами ICM-20602, ICM-20680, ICM-20648, ICM-20789, ICM-20948 и датчиком давления ICP-10111.

Что нужно для освоения новых микросхем, например, МЭМС-датчиков? Ответ прост: как минимум ясная документация и доступ к самим микросхемам. Однако в последнее время в погоне за потребителем многие компании идут гораздо дальше и предлагают разработчикам отладочные платформы, построенные по принципу «все уже сделано за нас». В качестве примера следует привести отладочную платформу на базе плат LaunchPad от Texas Instruments или платформу на базе плат Nucleo от STMicroelectronics. И в том, и в другом случае пользователь получает не просто плату с микроконтроллером, но и встроенный программатор, доступ к огромному количеству примеров и программных библиотек, а также возможность подключения плат расширения, в том числе с МЭМС-сенсорами на борту.

Весьма вероятно, что успех конкурентов подтолкнул TDK и InvenSense пойти по такому же пути и выпустить отладочную платформу SmartMotion (рис. 1).

Платформа SmartMotion использует микроконтроллеры G55MCU от Microchip

Рис. 1. Платформа SmartMotion использует микроконтроллеры G55MCU от Microchip

Стоит отметить, что до объединения с TDK продукция InvenSense была не очень хорошо знакома отечественным разработчикам. В настоящее время InvenSense выпускает инерционные сенсоры, цифровые барометры и МЭМС-микрофоны. С некоторыми из этих датчиков поможет разобраться SmartMotion, в том числе с многоосевыми инерционными МЭМС-сенсорами ICM-20602, ICM-20680, ICM-20648, ICM-20789, ICM-20948 и датчиком давления ICP-10111 (рис. 2).

SmartMotion поможет разобраться с многосевыми инерционными МЭМС-сенсорами и датчиком давления ICP-10111

Рис. 2. SmartMotion поможет разобраться с многосевыми инерционными МЭМС-сенсорами и датчиком давления ICP-10111

Сейчас в состав платформы SmartMotion входит шесть плат:

  • Отладочная плата DK-20602 с 6-осевым инерционным датчиком ICM-20602;
  • Отладочная плата DK-20648 с 6-осевым инерционным датчиком ICM-20648;
  • Отладочная плата DK-20680A с 6-осевым инерционным датчиком IAM-20680;
  • Отладочная плата DK-20789 с 7-осевым инерционным датчиком ICM-20789;
  • Отладочная плата DK-20948 с 9-осевым инерционным датчиком ICM-20948;
  • Отладочная плата DK-101XX с датчиком давления и температуры ICP-10111.

Если быть точным, то платы DK-20602, DK-20648 и DK-20680A отличаются только типом установленного датчика (рис. 3). То же самое можно сказать о платах DK-20789, DK-20948 и DK-101XX.

SmartMotion объединяет две отладочные платы, у каждой из которых есть по три исполнения

Рис. 3. SmartMotion объединяет две отладочные платы, у каждой из которых есть по три исполнения

Компании TDK и InvenSense не занимаются выпуском микроконтроллеров, поэтому для отладочных плат было решено использовать ATSAMG55 от Microchip. Возможно, многие пользователи хотели бы увидеть более популярный контроллер из семейства STM32, но с другой стороны ATSAMG55 также является хорошим вариантом и обладает вполне достойными характеристиками:

  • Производительное процессорное ядро ARM Cortex-M4 с максимальной рабочей частотой 120 МГц;
  • 512 кбайт Flash;
  • 176 кбайт ОЗУ;
  • Широкий выбор интерфейсов: USB, I2C, SPI;
  • 12-битный АЦП (8 каналов);
  • Шесть 16-битных таймеров;
  • Встроенный генератор;
  • Широкий диапазон рабочих напряжений: 1,62…3,6 В.

На рис. 4 представлена функциональная блок-схема отладочных плат. Ключевым компонентом для каждой из плат становится датчик InvenSense. Работой датчика управляет микроконтроллер G55MCU, который также обеспечивает обмен данными с ПК по интерфейсу USB (с помощью микросхемы преобразователя UART-USB от FTDI). Второй разъем USB нужен для программирования и отладки самого микроконтроллера, при этом на плате уже присутствует встроенный JTAG-отладчик. Стоит отметить, что на плате содержатся сокеты и разъемы для подключения плат расширения, дополнительных модулей и датчиков.

Блок схема отладочных плат SmartMotion

Рис. 4. Блок схема отладочных плат SmartMotion

Рассмотрим подробнее «штатные» датчики плат SmartMotion.

Инерционный модуль ICM-20602. На плате DK-20602 присутствует 6-осевой инерционный модуль ICM-20602, который объединяет 3-хосевой гироскоп с программируемым диапазоном измерений ±250/500/1000/2000 °/с и 3-хосевой акселерометр с диапазонами измерений ±2/4/8/16 g. Сенсоры отличаются очень низкими шумовыми характеристиками. В частности, типовой шум гироскопа составляет ±0,004 dps/√Гц, а шум акселерометра ±0,0001 g/√Гц.

ICM-20602 выпускается в корпусном исполнении LGA-16 с габаритами 3x3x0,75 мм. Датчик находит свое применение в IoT-устройствах, приложениях дополненной реальности, дронах, устройствах виртуальной реальности и др.

Инерционный модуль ICM-20648. 6-осевой инерционный модуль ICM-20648 используется на отладочной плате DK-20648. Он объединяет в одном корпусе не только 3-хосевой гироскоп и 3-хосевой акселерометр, но и цифровой процессор DMPTM (Digital Motion Processor). Благодаря DMPTM пользователь получает доступ не только к «сырым» данным, но и к данным, полученным в результате цифровой обработки сигналов. В частности DMPTM реализует такие функции как счетчик шагов, измерение линейных ускорений, обнаружение поворота и т. д.

Диапазоны измерений акселерометра и гироскопа могут программироваться и составляют ±2/4/8/16 g и ±250/500/1000/2000 °/с, соответственно. По уровню шума ICM-20648 уступает ICM-20602. Типовой шум для гироскопа составляет ±0,015 dps/√Гц, а для акселерометра ±0,00023 g/√Гц. Габаритные размеры ICM-20648 немного больше, чем у ICM-20602 – 3x3x0,9 мм (QFN-24).

Инерционные модули ICM-20648 используются в носимой электронике (смартфоны, умные часы и т. д.), а также в IoT-устройствах.

Инерционный модуль IAM-20680. На плате DK-20680A присутствует 6-осевой инерционный модуль IAM-20680, в котором объединены 3-хосевой акселерометр и 3-хосевой гироскоп. Диапазоны измерений этих сенсоров имеют «традиционное» значение ±250/500/1000/2000 °/с для гироскопа и ±2/4/8/16 g для акселерометра. По своим характеристикам IAM-20680 уступает ICM-20602, но у него есть одно важное преимущество – квалификация AEC–Q100, что делает его пригодным для широкого спектра автомобильных приложений.

Инерционный модуль ICM-20789. 7-осевой инерционный модуль ICM-20789 используется в отладочной плате DK-20789. Данный модуль объединяет 3-хосевой акселерометр, 3-хосевой гироскоп, высокоточный датчик давления и цифровой процессор DMPTM. При этом габариты ICM-20789 оказываются очень компактными – всего 4x4x1,365 мм (LGA-24).

Диапазоны измерений сенсоров в ICM-20789 имеют следующие значения: ±250/500/1000/2000 °/с – для гироскопа, ±2/4/8/16 g – для акселерометра, 300..110 гПа – для датчика давления.

Инерционный модуль ICM-20948. На плате DK-20948 присутствует 9-осевой инерционный модуль ICM-20948. Этот самый сложный из рассматриваемых инерционных модулей содержит 3-хосевой акселерометр, 3-хосевой гироскоп, 3-хосевой магнитометр и цифровой процессор DMPTM. Диапазоны измерений для акселерометра и гироскопа аналогичны ICM-20789. Диапазон измерений магнитометра составляет ± 4900 мкТл.

Несмотря на сложную структуру, габариты ICM-20948 оказываются даже меньше, чем у ICM-20789: 3x3x1 мм (LGA-24).

Датчик давления ICP-10111. С помощью отладочной платы DK-10100 можно ознакомиться с работой датчика давления и температуры ICP-10111. Этот сенсор позволяет измерять давление в диапазоне 300..110 гПа с погрешностью ±1гПа и температуру с точностью ±0,4°C. Габариты датчика составляют 2x2,5x0,92 мм (LGA-8L).

Как уже было сказано выше, SmartMotion позволяет работать не только со «штатными» датчиками отладочной платы, но и с дополнительными датчиками и модулями, расположенными на платах расширения (рис. 5):

  • Связь с штатными датчиками выполняется с помощью интерфейсов I2C (адрес 0x69) или SPI (CS-сигнал NPCS1);
  • Связь с отладочными платами и платами расширения TDK осуществляется с помощью I2C (адрес 0x68) или SPI (CS-сигнал NPCS0);
  • Связь с датчиками других производителей может быть выполнена только с помощью I2C.

Отладочные платы SmartMotion могут работать совместно с палатами расширения

Рис. 5. Отладочные платы SmartMotion могут работать совместно с палатами расширения

Кроме отладочных плат, платформа SmartMotion включает программное обеспечение: программу MotionLink и библиотеку драйверов Embedded Motion Drivers (eMDs).

MotionLink – прикладная программа для ПК, позволяющая работать с датчиками, в том числе считывать и записывать состояния регистров, осуществлять обмен по I2C, отображать текущие показания сенсоров с частотой опроса до 1 кГц, строить графики, выполнять запись данных в тестовый файл и т. д. (рис. 6).

Программа MotionLink входит в состав платформы SmartMotion

Рис. 6. Программа MotionLink входит в состав платформы SmartMotion

Embedded Motion Driver (eMD) – библиотека драйверов нижнего уровня. С помощью функций, реализованных в eMD, разработчик может настраивать сенсоры, получать потоковые необработанные данные, выполнять коррекцию с учетом калибровочных данных, использовать функции цифровой обработки, в том числе, функции Sensor Fusion и функции распознавания жестов.

Производитель: InvenSense Inc.
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
ICM-20602
ICM-20602
InvenSense Inc.
Арт.: 2321646 ИНФО PDF
Доступно: 198 шт. от: 1 руб.
Выбрать
условия
поставки
MEMS MOD, 3-AXIS GYROSCOPE/ACCELEROMETER
ICM-20602 от 1 шт. от 327,65
198 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
ICM-20648
ICM-20648
InvenSense Inc.
Арт.: 2561013 ИНФО PDF
Доступно: 93 шт. от: 1 руб.
Выбрать
условия
поставки
MEMS MOD, 3-AXIS GYROSCOPE/ ACCELEROMETER
ICM-20648 от 1 шт. от 694,35
93 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
ICM-20948
ICM-20948
InvenSense Inc.
Арт.: 2562552 ИНФО PDF DT
Доступно: 115 шт. от: 1 руб.
Выбрать
условия
поставки
MEMS MOD, 3-AXIS GYROSCOPE/ACCELEROMETER
ICM-20948 от 1 шт. от 783,61
115 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
DK-20648
DK-20648
InvenSense Inc.
Арт.: 2781537 ИНФО PDF
Доступно: 5 шт. от: 1 руб.
Выбрать
условия
поставки
Отладочный набор для датчика ICM-20648 от TDK.
DK-20648 от 1 шт. от 11146,00
5 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
DK-20948
DK-20948
InvenSense Inc.
Арт.: 2794783 ИНФО PDF
Доступно: 5 шт. от: 1 руб.
Выбрать
условия
поставки
Отладочный набор для датчика ICM-20948 от TDK.
DK-20948 от 1 шт. от 11146,00
5 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
DK-20602
DK-20602
InvenSense Inc.
Арт.: 3039508 ИНФО PDF
Доступно: 5 шт. от: 1 руб.
Выбрать
условия
поставки
Отладочный набор для датчика ICM-20602 от TDK.
DK-20602 от 1 шт. от 11146,00
5 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
DK-20789
DK-20789
InvenSense Inc.
Арт.: 3039509 ИНФО PDF
Доступно: 5 шт. от: 1 руб.
Выбрать
условия
поставки
Отладочный набор для датчика ICM-20789 от TDK.
DK-20789 от 1 шт. от 11146,00
5 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
ICM-20789
ICM-20789
InvenSense Inc.
Арт.: 3039545 ИНФО PDF DT
Доступно: 110 шт. от: 1 руб.
Выбрать
условия
поставки
3-axis gyroscope, 3-axis accelerometer, and barometric pressure sensor in a 24-pin LGA
ICM-20789 от 1 шт. от 821,76
110 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
ICP-10111
ICP-10111
InvenSense Inc.
Арт.: 3039549 ИНФО PDF
Доступно: 114 шт. от: 10 руб.
Выбрать
условия
поставки
The ICP-10111 barometric pressure sensor is based on MEMS capacitive technology which provides ultra-low noise at the lowest power, enabling industry leading relative accuracy, sensor throughput, and temperature stability.
ICP-10111 от 10 шт. от 570,77
114 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки

Сравнение позиций

  • ()