3D моделирование датчика движения LSM6DS3

alekseev ct1115.pdf

Окончание. Начало в № 10’2015
Часть 2. Новые инерциальные
МЭМС-блоки измерений движения
Комбидатчики движения STM
Кроме отдельных датчиков STM выпускает комбинированные датчики объединяющие в одном корпусе акселерометр
гироскоп магнитометр. Компания STM называет эти датчики inertial module (наиболее точный русский перевод — «инерциальные модули»). Самый распространенный
вариант — это комбидатчики движения.
В литературе употребляются и другие названия таких датчиков: «блоки инерциальных
измерений БИИ» «мультисенсорные датчики» «мультиосевые датчики» «совмещенные датчики».
Используя такие приборы разработчики
могут быстро и с минимальными затратами
создавать современные устройства с высокой
степенью функциональности. Комбидатчики
занимают на плате меньше места чем отдельные датчики обеспечивающие аналогичные характеристики. Кроме того подобные датчики дешевле чем несколько отдельных датчиков.
Малые габариты высокая точность стабильность и помехоустойчивость позволяют
применять МЭМС-датчики движения производства STM в самых различных областях:
смартфоны планшеты гаджеты ноутбуки;
автомобильные спутниковые системы навигации и системы безопасности;
системы обеспечения устойчивости и отсутствия вибраций неподвижного оборудования;
спортивное и туристическое оборудование;
профессиональные высокоточные спутниковые антенны;
бытовая и офисная техника;
системы экстренного торможения и оповещения об опасности;
автоматизированные сборочные линии.
КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ № 11 '2015
Новые многофункциональные
МЭМС-датчики движения
производства STMicroelectronics
Статья посвящена новым моделям МЭМС-датчиков движения производ
ства STM. В первой части статьи были рассмотрены дискретные моде
ли IIS328DQ LIS3MDL I3G4250D. Во второй части приводится описание но
вых моделей инерциальных блоков измерений движения iNEMO LSM6DS3
В настоящее время наибольший объем продаж МЭМС-датчиков движения наблюдается
на рынке смартфонов планшетов и компьютеров. Хорошо известна функция мгновенной
блокировки жесткого диска современных ноутбуков в случае удара или резкого наклона.
Встроенные в смартфон или планшет комбидатчики движения добавляют ряд новых
полезных опций. Так двигая планшет определенным образом можно увеличить или
уменьшить громкость звука. Новые модели
смартфонов с гироскопом позволяют при
встряхивании отвечать на звонки.
Комбидатчики движения служат стимулом создания различных программных приложений для Android. В качестве известного
примера можно привести калькулятор в котором при повороте из вертикального в горизонтальное положение добавляются новые опции вычисления сложных функций.
Практически все последние модели смартфонов имеют режимы управления с помощью
различных движений предназначенные для
людей с ограниченными возможностями.
Немаловажное значение в индустрии датчиков движения имеют компьютерные игры
в которых особой популярностью пользуются
виртуальные автомобили танки самолеты
космические корабли и т. д. Ни одна из таких
игр не может обойтись без использования
МЭМС-гироскопа или акселерометра.
На втором месте по объему продаж
МЭМС-датчиков движения находится автомобильный рынок.
Все современные автомобили оснащены
несколькими подушками безопасности срабатывающими от акселерометров. Эти системы занимают значительную долю рынка
МЭМС-датчиков движения.
В другом сегменте автомобильного рынка
нужно выделить устройства для экстренного
реагирования в аварийных ситуациях и модемы для страховой телематики.
Термин «страховая телематика» является переводом английского выражения
“Insurance telematics”. Крупнейшие мировые страховые компании используют схемы
в которых платежи рассчитываются в зависимости от многих параметров эксплуатации
автомобиля. Как правило страховые компании сами в обязательном порядке устанавливают на автомобиль страхователя модемы
оснащенные современными комбидатчиками объединяющими МЭМС-акселерометр
и гироскоп. Модемы передают на центральный сервер не только текущие геодезические данные автомобиля но и информацию
о том как водитель разгоняется и тормозит
перестраивается или нарушает правила движения. Кроме того эти устройства позволяют восстановить историю тяжелых аварий.
Системы экстренного реагирования (СЭР)
в аварийных ситуациях на автомобильном
транспорте предназначены для автоматического оповещения специальных служб по каналам сотовой связи о факте и тяжести аварии координатах автомобиля и состоянии
его пассажиров. Такие системы существуют
в Европе (eCall) РФ («ЭРА-ГЛОНАСС»)
Бразилии (SIMRAV) США (OnStar) и в других странах. Аварийный сигнал передаваемый на центральный пульт во всех подобных системах вырабатывается с помощью МЭМС-датчика движения. Некоторые
из автомобильных устройств дополнительно оснащают многофункциональными
МЭМС-датчиками движения. Например
в соответствии с расширенной спецификацией «ЭРА-ГЛОНАСС» автомобильное
устройство опционно должно фиксировать
хранить в памяти и передавать на центральный пульт профиль ускорения и траектории
движения транспортного средства до и после
аварии. Для получения указанных данных
необходимо чтобы автомобильное оборудование было оснащено высокоточными акселерометрами и гироскопами.
Третье место по объему продаж датчиков
движения производства STM занимает рынок спортивного оборудования и бытовой
электроники. По всему миру в огромных количествах изготавливаются различного вида
шагомеры пульсометры с индикацией ускорения датчики силы удара и другое аналогичное оборудование.
МЭМС-датчики движения широко используются и в других приложениях. В частности многие модели дорогостоящего бытового и промышленного оборудования
оснащены датчиками движения предохраняющими его от хищений и актов вандализма.
Детальный обзор МЭМС-датчиков производства STM можно найти в презентации [3].
Ниже приведены подробные технические
характеристики двух новых совмещенных
МЭМС-датчиков движения от компании STM.
Новые инерциальные блоки измерений
движения iNEMO LSM6DS3 и LSM6DS33
Основные технические характеристики
Наименование iNEMO — это аббревиатура от Multi-sensor Inertial Measurement Unit
Комбинированный 2кристальный датчик
движения iNEMO LSM6DS3 содержит в одном корпусе 3осевой акселерометр и 3осевой гироскоп.
Отличительными чертами модели являются экономичное энергопотребление микроминиатюрный размер буферная FIFO-память
и исключительно низкий уровень шумов.
Совмещенный датчик LSM6DS3 предназначен для использования в смартфонах
гаджетах бытовых навигаторах шагомерах
туристическом и спортивном снаряжении
и в других устройствах предназначенных
для «Интернета вещей».
Комбидатчик LSM6DS3 поддерживает работу с операционными системами Android
KitKat Android L Windows.
В модели LSM6DS3 предусмотрены перестраиваемые режимы которые дают возможность регистрировать следующие события:
изменение положения в пространстве
по угловым и линейным координатам;
ускорение по линейным координатам;
наличия ускорения и перемещения с постоянной скоростью по линейным координатам;
критические углы наклона.
Комбидатчик LSM6DS3 содержит механические сенсоры акселерометра и гироскопа
а также электронные блоки предназначенные для обработки сигналов этих сенсоров.
Структурная схема акселерометра комбидатчика LSM6DS3 не отличается от структурной схемы МЭМС-акселерометра показанной на рис. 2 (в первой части статьи).
Электронный блок обработки сигналов акселерометра комбидатчика LSM6DS3 содержит четыре узла: аналоговый фильтр нижних частот АЦП цифровой фильтр нижних
частот и составной многофункциональный
Рис. 5. Структурная схема составного многофункционального цифрового фильтра электронного блока акселерометра
комбидатчика LSM6DS3
цифровой фильтр. Аналоговый сигнал поступающий от механической части сглаживается фильтром нижних частот и затем преобразуется в цифровую форму.
Тонкая обработка сигнала акселерометра
осуществляется в составном многофункциональном цифровом фильтре (composite
filter) структурная схема которого показана
Составной цифровой фильтр содержит
цифровые фильтры нижних (digital HP)
и верхних (digital LP) частот а также фильтр
наклона (slope filter). Cоставной фильтр перераспределяет сигнал между управляющими регистрами которые отвечают за соответствующие функции комбидатчика LSM6DS3.
Так бит SLOPE_FDS регистра TAP_CFG
активирует фильтры верхних HP и LPF2.
Бит HP_SLOPE_XL_EN регистра CTRL8_XL
переключает сигнал между полосовыми и высокочастотными фильтрами. Бит
LOW_PASS_ON_6D регистра CTRL8_XL определяет параметры ФНЧ в различных режимах
работы 6осевого комбидатчика (рис. 5).
Скорость нарастания сигнала на входе составного фильтра зависит от того как быстро меняется ускорение и как часто выводятся на электронный блок сигналы чувствительного элемента акселерометра. Крутизна
кривой определяется с помощью устройств
которые в общем случае называются фильтрами наклона.
В модели LSM6DS3 фильтры наклона используются для контроля состояния активности акселерометра а также для регистрации свободного падения и двойного события
double tap. Функция double tap позволяет выводить сигнал прерывания на выделенный
контакт при повторном событии наступившем через заданный интервал времени.
Подробное описание работы составного
фильтра комбидатчика LSM6DS3 выходит
за рамки данной статьи. Эту информацию
можно найти в технической документации [9].
Алгоритм работы электронного блока гироскопа комбидатчика LSM6DS3 аналогичен
рассмотренному в первой части статьи алгоритму работы акселерометра. Поэтому мы
не будем останавливаться на данном вопросе.
Технические характеристики LSM6DS3
приведены в таблице 4.
Таблица 4. Технические характеристики комбидатчика
Диапазон измерения акселерометра
Чувствительность акселерометра
Диапазон измерения гироскопа
Чувствительность гироскопа
Температурная нелинейность
акселерометра в диапазоне –40 +85 °С
Температурная нелинейность гироскопа
в диапазоне –40 +85 °С
Скорость считывания данных
Встроенный температурный датчик
(ODR = 52 Гц 8 LSB°C)
Функция самотестирования
(раздельно акселерометр гироскоп)
Positive sign self-test
Negative sign self-test
Напряжение на выводах IO
Ток в режиме Combo Normal Mode
Ток в режиме High-Performance mode
Рабочий температурный диапазон
Предельно допустимое
значение ускорения в течение 01 мс
Управляющие регистры LSM6DS3
В ко м б и д ат ч и ке L S M 6 D S 3 и м е е т с я
управляющих регистров подробное описание которых приведено в [9]. В этой статье
рассмотрены только регистры обеспечивающие наиболее важные функциональные особенности датчика.
Режим работы гироскопа задается с помощью бита G_HM_MODE регистра CTRL7_G.
Если в этом разряде устанавливается значение равное нулю гироскоп будет работать
в расширенном высокоскоростном режиме
с частотами в диапазоне 13–1600 Гц.
После включения гироскоп и акселерометр находятся в режиме Power-Down mode.
Для перевода датчика в рабочий режим необходимо задать нужную конфигурацию в регистрах CTRL1_XL CTRL9_XL CTRL2_G
Выбор режима определяется битами: G_
HM_MODE (регистр CTRL7_G (16h) и XL_
HM_MODE (регистр CTRL6_C (15h).
Как для гироскопа так и для акселерометра режим Low power mode может быть
реализован для значений ODR равных 13
52 Гц. Режим Normal mode доступен при
ODR равных 104 и 208 Гц.
Режимы работы LSM6DS3
Комбинированный датчик движения
LSM6DS3 может работать в одной из трех
активен только гироскоп
акселерометр в режиме Power-Down mode
(питание выключено);
активен только акселерометр
гироскоп в режиме Power-Down mode
активны гироскоп и акселерометр (Power
on) с независимыми значениями частоты
После подачи напряжения питания на датчик в течение первых 20 мс происходит автоматическая загрузка рабочих параметров.
Акселерометр и гироскоп можно независимо друг от друга конфигурировать
для работы в четырех возможных режимах
энергопотребления с различными значениями ODR:
Power-Down (питание выключено);
Low-Power (экономное энергопотребление);
High-Performance mode (расширенный
высокоскоростной режим работы).
В зависимости от частоты семплирования
ток потребления в режиме полной функциональности (гироскоп и акселерометр) меняется от 09 до 125 мА.
В энергосберегающем режиме ток потребления при частоте семплирования 13 Гц составляет 042 мА.
Интерфейсы I2C и SPI модели LSM6DS3
В модели LSM6DS3 имеются интерфейсы I2C и SPI которые обеспечивают доступ
Рис. 6. Сигналы на четырех линиях интерфейса SPI датчика LSM6DS3
к регистрам памяти а также возможность
подключения внешних датчиков и микроконтроллера. Эти интерфейсы реализованы на одних и тех же выводах: CS SCLSPC
SDASDISDO SDOSA0. Выбор необходимого интерфейса можно выполнить с помощью управляющих регистров.
Возможны следующие варианты подключения портов LSM6DS3:
режим 1 — только режим «ведомый»
режим 2 — режим коммутации внешних
датчиков (Sensor Hub): I2CSPI (3 и 4проводной);
режим 3 — вспомогательный режим
(auxiliary): дополнительный 3проводной
SPI-интерфейс для подключения специальных внешних устройств.
Первый режим (slave) используется для
программирования регистров памяти.
Третий режим (auxiliary) предназначен для
подключения внешнего устройства одновременно по двум интерфейсам: I2C и дополнительному 3проводному SPI. В качестве
примера такого устройства можно привести
системы стабилизации изображения (EIS).
В этом случае совмещенный датчик движения LSM6DS3 работающий в высокоскоростном режиме подключен одновременно
к процессору и контроллеру изображения.
Управление датчиком LSM6DS3 реализуется через программируемые регистры памяти.
Чтобы прочитать или записать информацию
в регистры памяти нужно передать через интерфейс SPI определенную последовательность логических импульсов.
На рис. 6 показаны сигналы на четырех линиях интерфейса SPI датчика LSM6DS3.
Каждая линия несет определенный байт
DO7 DO0 — байт данных которые акселерометр отправил микроконтроллеру;
DI7 DI0 — байт данных которые акселерометр принял от микроконтроллера;
AD5 AD0 — адрес регистра чтениязаписи;
RW = 0 байт данных DI7 DI0 записывается в регистр с адресом AD5
RW = 1 байт данных DO7 DO0 читается
из регистра с адресом AD5
MS — последовательное чтение или запись
нескольких регистров подряд.
Интерфейс SPI работает в режиме ведомого управляемого внешним микроконтроллером который программируется с помощью
специальных отладочных средств.
Комбидатчик LSM6DS3 можно использовать со всеми микроконтроллерами серии STM32. Для этой цели выводы датчика
SCLSPC SDASDI SDO CS INT1 INT2 подключаются соответственно к выводам микроконтроллера PA5 PA7 PA6 PE3 PE0 PE1.
Буферная память FIFO LSM6DS3
Буферная память FIFO объемом 8 кбайт
позволяет автономно без обращения
к управляющему микроконтроллеру хранить и обрабатывать большие объемы данных снижая тем самым общее энергопотребление. Внешний микроконтроллер подключается только в тех случаях когда нужно
выполнить сложные команды управления.
Память FIFO оперирует тремя категориями событий обусловливающих команды
прерываний: «пороговое значение» «переполнение» и «буфер пуст».
Программируемая память FIFO предназначена для хранения и обработки следующих данных:
датчик контроля температуры;
Переключение режимов записи в FIFO осуществляется с помощью следующих сигналов:
сигнал готовности данных акселерометра
или гироскопа ODR которых должны
быть больше чем ODR
сигнал готовности хаба внешних сенсоров;
сигнал счетчика цикличности.
Кроме того каждый вид данных может быть
сохранен с десятикратной разрядкой по сравнению с частотой семплирования FIFO.
С помощью программируемой памяти
FIFO можно переключать режимы чтения
данных акселерометра гироскопа счетчика
дого сенсора можно сохранять с частотой FIFO ODR деленной на десять. Эти функции задаются в регистрах памяти FIFO_CTRL3 (08h)
и FIFO_CTRL4 (09h). В памяти FIFO можно сохранить до 4096 показаний датчиков объемом 16 бит каждое.
Программируемые пороги FIFO задаются в регистрах FIFO_
CTRL1 (06h) и FIFO_CTRL2 (07h) с использованием бита FTH 11:0.
Посредством регистров FIFO_STATUS1 FIFO_STATUS2 (3Bh) FIFO_
STATUS3 FIFO_STATUS4 можно контролировать переполнение памяти занятый и свободный объемы количество сохраненных непрочитанных данных пороговые значения.
В модели LSM6DS3 предусмотрено пять режимов работы памяти
FIFO их можно использовать в следующих режимах:
FIFO mode — память включена данные непрерывно записываются
вплоть до полного заполнения;
Continuous mode — память включена данные непрерывно записываются при полном заполнении новые данные записываются
Continuous-to-FIFO mode — переключение между режимами
Continuous и FIFO в том случае когда наступает триггерное событие записанное в регистрах прерывания FUNC_SRC (53h)
TAP_SRC (1Ch) WAKE_UP_SRC (1Bh) D6D_
Bypass mode — память не задействована и остается пустой;
Bypass-to-continuous mode — переключение между режимами при
наступлении триггерного события.
В комбинированном датчике LSM6DS3 поддерживаются команды
прерывания которые вырабатываются как ответная реакция на определенные события — например свободное падение перемещение
по шести координатам превышение предельного угла наклона (35°)
пробуждение и другие аналогичные действия. Функции прерывания
изменяют состояния управляющих выходов к которым подключены
различные исполнительные устройства. Существует два типа сигналов
прерывания. В одном случае внешний микроконтроллер анализирует
показания датчиков в соответствии с которыми он управляет исполнительными устройствами. В другом случае команды прерывания вырабатываются автоматически без участия внешнего микроконтроллера
в соответствии с состояниями регистров датчика. Такой подход значительно упрощает конструкцию устройств использующих LSM6DS3
поскольку дает возможность реагировать на стандартные ситуации без
обращения к управляющему микроконтроллеру экономя тем самым
энергопотребление и сокращая время срабатывания.
Сигналы прерываний выводятся на контакты INT1 и INT2 и записываются в соответствующие регистры FIFO. На INT1 и INT2 можно
выводить как сигналы прерываний (Interrupt Signals) так и показания
датчиков. Функции выводов INT1 задаются в регистрах MD1_CFG
и INT1_CTRL. Режимы INT2 выбираются в регистрах MD2_CFG
В качестве примера работы с выводами прерывания можно привести описание регистров INT1_CTRL и MD1_CFG:
бит 7 INT1_CTRL INT1_STEP_DETECTOR: сигнал прерывания
бит 6 INT1_CTRL INT1_SIGN_MOT: сигнал прерывания значимого
бит 5 INT1_CTRL INT1_FULL_FLAG: сигнал полного прерывания
бит 4 INT1_CTRL INT1_FIFO_OVR: сигнал прерывания переполнения
бит 3 INT1_CTRL INT1_FTH: сигнал прерывания порога
бит 2 INT1_CTRL INT1_BOOT: сигнал прерывания загрузчика;
бит 1 INT1_CTRL INT1_DRDY_G: показания гироскопа;
бит 0 INT1_CTRL INT1_DRDY_XL: показания акселерометра;
бит 7 MD1_CFG INT1_INACT_STATE: сигнал прерывания неактивности;
бит 6 D1_CFG INT1_SINGLE_TAP: сигнал прерывания одиночного
бит 5 MD1_CFG INT1_WU: сигнал прерывания пробуждения;
бит 4 MD1_CFG INT1_FF: сигнал прерывания свободного падения;
бит 3 MD1_CFG INT1_DOUBLE_TAP: сигнал прерывания двойного
бит 2 MD1_CFG INT1_6D: сигнал прерывания 6D;
бит 1 MD1_CFG INT1_TILT: сигнал прерывания допустимого наклона;
бит 0 MD1_CFG INT1_TIMER: сигнал прерывания таймера.
В заводских установках все функции INT1 и INT2 отключены что
соответствует значению ноль во всех битах этих регистров. Для того
чтобы активировать функции INT1 и INT2 нужно в соответствующем бите поставить значение равное единице.
Под событием подразумевается изменение линейного или углового ускорения по некоторой оси при котором нарушаются заданные пороги в течение определенного интервала времени. Если
фронты сигнала быстрые то срабатывает генератор сигнала прерывания. Однако возможны варианты когда фронты нарастания
и спада сигнала будут затянуты и датчик не сможет среагировать
на изменение ускорения в заданный интервал времени. В этом случае полезна опция Double Tap. При возникновении единичного события (в шестом бите регистра MD1_CFG задана единица) изменяется состояние выводов INT1 (или INT2). Кроме этого третий бит
данного регистра активирует реакцию на аналогичное повторное
событие которое следует за первым через заданный интервал времени. Этот процесс напоминает двойное нажатие клавиши компьютерной мыши.
Бит H_LACTIVE регистра CTRL3_C используется для выбора полярности сигналов прерываний. По умолчанию в этом бите установлено значение равное нулю соответствующее изменению сигнала
прерывания от низкого до высокого уровня.
Бит PP_OD регистра CTR3_C позволяет выбрать режим вывода
прерываний между открытым стоком и подтягивающим резистором.
С помощью бита LIR регистра TAP_CFG устанавливается характер
сброса сигнала прерываний — автоматический или по дополнительному сигналу записанному в специальном регистре.
Подробно регистры прерывания описаны в [10]. Принцип работы команд прерывания можно рассмотреть на примере обнаружения изменения пространственной ориентации (6D-прерывание).
Прерывание 6D вырабатывается в том случае когда два последовательных показания акселерометра превысят заданные пороги.
Возможные варианты событий вызывающие срабатывание прерываний 6D показаны на рис. 7. Различные состояния регистра D6D_SRC
для шести вариантов движения (рис. 7) приведены в таблице 4.
Рис. 7. Возможные варианты событий вызывающие сигналы прерываний 6D
Рис. 8. Структурная схема подключения внешних датчиков к LSM6DS3 через интерфейс I2C
Прерывание 6D контролируется с помощью регистра D6D_SRC следующим образом:
бит 6 D6D_IA переключается в высокое состояние (1) при любом перемещении;
биты 5 4 3 ZH YH XH переключаются
в высокое состояние когда происходит
перемещение с положительным ускорением по одной из линейных осей или вращение вокруг одной из осей с превышением
по модулю заданных порогов;
биты 2 1 0 ZL YL XL переключаются
перемещение с отрицательным ускорением по одной из линейных осей или вращение вокруг одной из осей с превышением
по модулю заданных порогов.
В регистре TAP_THS_6D (бит SIXD_
THS1:0) задаются пороговые значения при
которых срабатывает прерывание 6D.
Кроме того в регистре управления фильтром нижних частот CTRL8_XL можно задать дополнительные настройки сигналов
Температурный датчик в модуле
Модель LSM6DS3 имеет встроенный температурный датчик (ТД) предназначенный
для измерения температуры окружающего
Температурный датчик может работать
в следующих режимах:
ТД выключен когда гироскоп и акселерометр находятся в режиме Power-
ODR температурного датчика равна 13 Гц
если гироскоп или акселерометр выключен и ODR акселерометра или гироскопа
равна 13 Гц (режимы Low-Power и H
ODR температурного датчика равна 26 Гц
если гироскоп или акселерометр выключен
и ODR акселерометра или гироскопа равна
Гц (режим Low-Power);
ODR температурного датчика равна 52 Гц
если гироскоп или акселерометр выключен и акселерометр или гироскоп работает в отличных от перечисленных выше
если включены гироскоп и акселерометр
ODR температурного датчика совпадает
с максимальным значением скорости считывания данных включенных гироскопа
Для температурного датчика сигнал DataReady определяется битом TDA в регистре
STATUS_REG. Сигналы температурного датчика будут выведены на контакт INT2 если
в бите INT2_DRDY_TEMP регистра INT2_
CTRL значение будет равно единице.
Данные температурного датчика представлены в 16битном формате в двух каскадных
регистрах OUT_TEMP_H и OUT_TEMP_L
с разрешающей способностью +16 LSB°C.
Нулевой уровень соответствует температуре 25 °C. В том случае когда в регистре
CTRL3_C значение бита BLE равно единице будет реализован обмен данными между
регистрами температурного датчика OUT_
TEMP_H и OUT_TEMP_L. Данные ТД могут
быть сохранены в памяти FIFO с десятикратной разрядкой.
Подключение внешних датчиков
С прикладной точки зрения наиболее интересен режим конфигурирования портов
(Sensor Hub) позволяющий подключить
до четырех внешних датчиков к LSM6DS3
через интерфейс I 2C. Структурная схема
такого соединения показана на рис. 8.
Все внешние датчики подключаются параллельно к входам SDxSCx. Подтягивающие резисторы и триггерный сигнал управляющий входом INT2 зависят от типа конкретного внешнего датчика.
Для корректной работы режима Sensor
hub нужно чтобы в бите FUNC_EN регистра
CTRL10 было выставлено значение равное
единице. Настройка интерфейса I2C в режиме «мастер» производится с помощью регистра MASTER_CONFIG.
Регистры SLVx_ADD SLVx_SUBADD
SLAVEx_CONFIG специально выделены для
работы с четырьмя внешними датчиками.
Дополнительный регистр DATAWRITE_
SRC_MODE_SUB_SLV0 предназначен только для работы с ведомым устройством номер #0. Он может быть использован для
режима расширенной записи показаний
внешнего датчика. Восемнадцать регистров
от SENSORHUB1_REG до SENSORHUB18_
REG используются для хранения данных
внешних датчиков. В регистре FUNC_SRC
бит SENSORHUB_END_OP устанавливается
в высокое положение когда данные одного
из отмеченных восемнадцати регистров будут готовы для чтения.
С помощью функциональных регистров
SLV0_ADD (02h) SLV0_SUBADD (03h)
SLAVE0_CONFIG (04h) контролируется работа внешнего датчика с номером #1.
Регистры SLV1_ADD (05h) SLV1_SUBADD
(06h) SLAVE1_CONFIG (07h) контролируют
работу датчика #2. Аналогичные регистры есть
для третьего и четвертого внешних датчиков.
При включении вспомогательного интерфейса auxiliary I2C для каждого из внешних
датчиков будет считываться информация
об адресах регистров записанная в Slavex_
numop (х = 0 1 2 3).
Данные внешних датчиков могут быть сохранены в памяти FIFO LSM6DS3.
Количество внешних датчиков данные
которых нужно хранить и обрабатывать
определяется битом Aux_sens_on в регистре
— один внешний датчик;
— два внешних датчика;
— три внешних датчика;
— четыре внешних датчика.
Прочитанные данные сохраняются в памяти последовательно в том же порядке как
они читаются. Для конфигурирования внешних датчиков можно использовать функцию
сквозного доступа к их регистрам. С этой
целью в бите PASS_THROUGH_MODE регистра MASTER_CONFIG должно быть записано значение равное 1.
Пример заполнения регистров для работы LSM6DS3 в режиме Hub mode приведен
в таблице 5. Эта таблица демонстрирует
многофункциональность новых комбинированных датчиков. Аналогичный вариант
можно использовать например в том случае когда в качестве внешнего датчика необходимо подключить магнитометр.
Важной функциональной особенностью
комбидатчика LSM6DS3 является поддержка
коррекции показаний внешнего магнитометра. Различают два типа ошибок измерений
магнитометра. Первый тип ошибок связан
Таблица 5. Пример заполнения регистров для работы LSM6DS3 в режиме Hub mode
Активирован доступ к функциональным регистрам
LIS3MDL адрес ведомого — 0011100b. Для случая SDO = 0. Доступна операция чтения rw_0=0
h — регистр LIS3MDL для записи данных
h значение которое должно быть записано в регистр 22h для конфигурирования LIS3MDL
в режиме Continuous Conversion
Отмена доступа к функциональным регистрам
Активизация встроенных функций и Pull-up on SDxSCx
Триггерный сигнал в режиме Sensor hub — XL Data Ready.
Активация функции ведущего в дополнительном интерфейсе auxiliary I2C
Включение акселерометра по триггерному сигналу
Отключение встроенных функций
Отключение функции ведущего в дополнительном интерфейсе auxiliary I2C
Отключение акселерометра
Активация доступа к регистрам встроенных функций
Адрес ведомого LIS3MDL — 0011100b; для варианта SDO = 0 доступна операция чтения rw_0=1
h — первый из регистров LIS3MDL который должен быть прочитан
Отмена доступа к регистрам встроенных функций
Активация встроенных функций
Активация Pull-up on SD активирован auxiliary I2C master
Акселерометр включается по триггерному сигналу
с наличием внешних значительных постоянных магнитных полей искажающих магнитное поле Земли в данной точке hard-iron. Это
стационарные внешние поля влияние которых на магнитометр не зависит от его ориентации в пространстве. Для идеального случая
магнитное поле вокруг точки описывается
расширяющимися правильными сферами.
При отсутствии hard-iron любые вращения
точки в любых направлениях не вызовут изменений формы магнитного поля. Наличие
внешнего магнитного поля hard-iron сдвинет
естественное геомагнитное поле в направлении действия постоянного магнита (рис. 9).
С помощью специального алгоритма можно рассчитать векторные координаты характеризующие смещение геомагнитного поля
за счет внешнего магнитного поля hard-iron.
Этот алгоритм активируется битами FUNC_
EN в регистре CTRL10_C и IRON_EN в регистре MASTER_CONFIG. Значения смещения
по осям X Y Z записываются соответственно
в регистры MAG_OFFX_L и MAG_OFFX_H
MAG_OFFY_L и MAG_OFFY_H MAG_
OFFZ_L и MAG_OFFZ_H.
Рис. 9. Искажение геомагнитного поля
под воздействием постоянного внешнего
магнитного поля hard-iron
Эти данные сравниваются с результатами калибровки магнитометра проведенной
в специальных камерах.
Другой тип ошибок обусловлен слабыми внешними переменными магнитными
полями и электромагнитными наводками
soft-iron. Показания магнитометра также могут быть искажены магнитными экранами.
Действие полей soft-iron зависит от того как
магнитометр расположен относительно магнитного поля Земли. Под действием soft-iron
локальное геомагнитное поле деформируется в разной степени в зависимости от направления. При наличии soft-iron геомагнитное
поле которое в идеальном случае описывается правильной сферой искажается и выглядит в горизонтальном плане как вытянутый
эллипсоид (рис. 10).
Аналогичным образом корректируется
смещение. Алгоритм коррекции soft-iron correction запускается битами FUNC_CFG_EN
в регистре FUNC_CFG_ACCESS FUNC_EN
в регистре CTRL10_C IRON_EN в регистре
MASTER_CONFIG и SOFT_EN в регистре
Рис. 10. Искажение геомагнитного поля
под воздействием переменного внешнего
магнитного поля soft-iron
В результате описанных действий рассчитываются поправки к чувствительности внешнего магнитометра (mGaussLSB)
и смещению относительно нуля. Подробно
механизм коррекции влияния внешних магнитных полей на результаты измерений магнитометра описан в документе [10].
Комбинированный 2кристальный датчик движения iNEMO LSM6DS33 содержит
в одном корпусе 3осевой акселерометр
и 3осевой гироскоп. Основные технические характеристики LSM6DS33 совпадают
с характеристиками рассмотренной выше
модели LSM6DS3. Различия состоят в корпусе и некоторых функциональных возможностях.
Модель LSM6DS3 имеет размеры
3083 мм и корпус LGA14.
Комбидатчик LSM6DS33 изготовлен в корпусе LGA16 размерами 33086 мм. Вместе
с тем в этой модели зарезервированы и не используются пять выводов (8 9 10 11 15).
В модели LSM6DS33 несколько иначе чем
в рассмотренной выше LSM6DS3 организовано управление и программирование интерфейсов I2C и SPI. В частности у комбидатчика LSM6DS33 нет вспомогательного 3проводного SPI-интерфейса. Сигналы SCx и SDx
не поддерживаются. Комбидатчик LSM6DS33
не поддерживает функцию коррекции показаний внешнего магнитного датчика которая есть у модели LSM6DS3. Подробно
технические характеристики LSM6DS33 рассмотрены в [11].
Новый инерциальный блок
измерений движения iNEMO LSM9DS1
Новый комбидатчик LSM9DS1 содержит
осевой гироскоп и 3осевой магнитный
Практически в этом устройстве реализована схема подключения магнитометра
LIS3MDL к совмещенному датчику LSM6DS3
показанная на рис. 8. Принципы работы
по структурной схеме акселерометра и гироскопа в совмещенном датчике LSM9DS1 такие же как и в рассмотренной выше модели
Оба этих датчика имеют одинаковый алгоритм работы основанный на использовании
программируемых через внешний микроконтроллер регистров памяти. Однако архитектура памяти и управляющих регистров
В комбинированном 9осевом датчике
LSM6DS3 используется 85 управляющих регистров. Из них под акселерометр и гироскоп
отведено 40 регистров памяти.
Для управления встроенным магнитным
датчиком в LSM9DS предусмотрено 16 ре-
гистров. Напомним что в дискретном исполнении магнитометра
LIS3MDL используется 14 управляющих регистров.
Таким образом можно говорить о том что в модели LSM9DS применен оптимизированный алгоритм управления позволяющий значительно сократить процесс программирования. Вместе с тем 9осевой датчик имеет менее гибкий интерфейс управления по сравнению
с LSM6DS3 и LIS3MDL.
В основном технические характеристики LSM9DS1 совпадают с техническими характеристиками LSM6DS3 и LIS3MDL которые приведены в таблицах 1 и 4. Однако существует и ряд различий. Так комбидатчик LSM9DS1 имеет корпус LGA24L. В модели LSM9DS1 есть только
три диапазона измерений гироскопа: ±245±500±2000°. Здесь нет диапазонов ±125 и ±1000° которые есть в модели LSM6DS3. Кроме того
по сравнению с LSM6DS3 у комбидатчика LSM9DS1 меньше диапазон
напряжений питания — 171–36 В.
Так же как и LSM6DS3 модель LSM9DS оснащена интерфейсами I2C и SPI обеспечивающими связь с внешними устройствами
и программирование регистров памяти. Память датчика может
функционировать в режиме FIFO. Встроенный температурный датчик позволяет работать с различными значениями ODR в диапазоне
температур –40 +85 °C.
Детальное описание технических характеристик модели LSM9DS
было бы повторением того что рассмотрено в предыдущих разделах
для LSM6DS3 и LIS3MDL. Поэтому такое описание здесь не приводится.
Режимы работы LSM9DS1
Акселерометр и гироскоп совмещенного датчика LSM9DS1 могут
работать в двух конфигурациях:
AC — активен только акселерометр гироскоп выключен (PowerDown mode);
ACGY — активны акселерометр и гироскоп работающие с одинаковым значением ODR.
Активация режима AC реализуется через процедуру записи в регистр
CTRL_REG6_XL (20h). Переключение в режим ACG осуществляется
при записи в регистр CTRL_REG1_G (10h).
В случае когда акселерометр действует в нормальном режиме магнитный датчик включен в высокоскоростной режим (ODR = 20 Гц)
а гироскоп выключен ток потребления составляет 600 мкА.
Если все три датчика — гироскоп акселерометр и магнитометр —
включены и работают в нормальном режиме ток потребления составляет 4 мА.
Буферная память FIFO комбидатчика LSM9DS1
Буферная память FIFO может работать в одном из пяти перечисленных режимов:
Bypass-to-Continuous.
Выбор режима определяется битом FMODE [2:0] регистра FIFO_CTRL
(2Eh). В регистре FIFO_SRC (2Fh) задаются пороговые значения определяющие прерывания на выводах INT1 (регистр INT1_CTRL) и INT2
(регистр INT2_CTRL). Кроме того в регистре FIFO_CTRL (2Eh) можно
задать уровень переполнения результатов измерений после которого
начинается запись новых данных поверх старых.
Регистр FIFO_SRC (2Fh)(FSS [5:0]) определяет непрочитанные результаты измерений.
В режиме Bypass mode память FIFO не активна и находится в режиме ожидания. В этом режиме для каждого канала используется только
В основном режиме работы буферной памяти FIFO mode (FIFO_
CTRL (2Eh) (FMODE [2:0] = 001) данные всех выходных каналов
сохраняются в соответствующих разделах памяти до тех пор пока
не будет превышен заданный уровень переполнения. При этом вы-
Рис. 11. Схема работы буферной памяти в режиме FIFO mode
рабатывается сигнал прерывания в соответствии с которым прекращается сбор данных по указанному каналу.
Схема работы буферной памяти в режиме FIFO mode представлена
Режим Continuous mode (FIFO_CTRL (2Eh) (FMODE [2:0] = 110)
обеспечивает непрерывное обновление памяти. Когда появляются
новые данные старые данные стираются. Пороговое значение сигнала переполнения определяется объемом непрочитанных данных заданным в регистре FIFO_CTRL (2Eh) (FTH4:0). Также предусмотрена
возможность внешнего прерывания в этом режиме.
Схема работы буферной памяти в режиме Continuous mode показана на рис. 12.
Рис. 12. Схема работы буферной памяти в режиме Continuous mode
В триггерном режиме Continuous-to-FIFO mode поведение FIFO
определяется битом INT_GEN_SRC_XL (26h) (IA_XL).
При высоком состоянии этого бита реализуется режим FIFO mode.
Низкое состояние обеспечивает режим Continuous mode.
Если бит INT_GEN_SRC_XL (26h) (IA_XL) равен единице то FIFO
работает в режиме Bypass-to-Continuous и результаты измерений
датчиков сохраняются в буферной памяти. При значении этого бита
равном нулю FIFO отключается и работа будет продолжена в режиме Bypass mode.
Комбидатчик LSM9DS1 выполнен в корпусе LGA24L и имеет габаритные размеры 3531 мм. Эта модель занимает на плате площадь меньше чем два отдельных датчика LSM6DS3 (253083 мм)
нальность. Немаловажное значение имеет и тот факт что для подключения LSM9DS1 требуется меньше внешних резисторов и емкостей
чем при использовании раздельных датчиков LSM6DS3 и LIS3MDL.
Отладочные платы и программное обеспечение
датчиков движения производства STM
Для разработки изделий на базе датчиков движения выпускаются
отладочные комплекты STEVAL-MKI1xxV1 которые представляют
собой макетные платы с датчиком движения все выводы которых
подключены к стандартному 24контактному разъему. Через этот
разъем подсоединяется другая плата разработчика содержащая высокопроизводительный 32разрядный микроконтроллер STM.
При проектировании систем на базе LSM6DS3 используется плата
STEVAL-MKI160V1 [13] полностью совместимая с отладочной платформой STEVAL-MKI109V2 [14] изготовленной на базе микроконтроллера STM32F103RET6 (ARM Cortex-M3). Данная плата оснащена
интерфейсами USB 2.0 и отладочным разъемом SWDJTAG благодаря чему ее можно подключить к ПК и программировать датчик с помощью графического интерфейса пользователя или другого специального программного обеспечения. На плате имеется вся периферия
(конденсаторы резисторы) необходимая для полной функциональности. Для начала работы достаточно подать питание на плату.
Аналогичные отладочные платы совместимые с платой микроконтроллера STEVAL-MKI109V2 выпускаются для дискретных датчиков:
магнитометр LIS3MDL — STEVAL-MKI137V1 [15];
акселерометр IIS328DQ — STEVAL-MKI170V1 [16];
гироскоп I3G4250D — STEVAL-MKI169V1 [17].
Для комбинированного 9осевого датчика движения выпускается
плата STEVAL-MKI159V1 [18].
Широкие возможности для разработчика предоставляет универсальная отладочная плата XNUCLEO-IKS01A1 [19] предназначенная
для работы с комбинированными датчиками семейства LSM6DS0
а также магнитометром LIS3MDL датчиком влажности HTS221 и датчиком давления LPS25HB. Плата XNUCLEO-IKS01A1 имеет интерфейс I 2C который можно использовать для подключения
Все интерфейсы датчиков выведены на стандартный 24контактный разъем с помощью которого подключаются дополнительные
внешние датчики. Питание каждого датчика реализуется через отдельную шину поэтому можно контролировать ток потребления
конкретного датчика в различных режимах работы.
Плата XNUCLEO-IKS01A1 совместима с программно-аппаратным комплексом Arduino UNO R3 platform («Ардуино») предназначенным для создания простых систем автоматики и робототехники. Комплекс Arduino ориентированный на непрофессиональных
пользователей содержит бесплатную программную оболочку (IDE)
и набор смонтированных печатных плат. Полностью открытая архитектура системы Arduino позволяющая свободно копировать или
дополнять линейку продукции дает возможность сотням миллионов
любителей электроники по всему миру попробовать свои силы в создании различных конструкций датчиков движения.
Внешний вид отладочной платы XNUCLEO-IKS01A1 показан
Кроме указанных выше датчиков на плате расположены переключатели и разъемы позволяющие контролировать токи напряжения
и сигналы в ключевых точках. Подробная пошаговая инструкция
работы с этой платой приведена в [20].
Программное обеспечение
Для программирования датчиков движения используются приложения к базовому ПО STM32Cube предназначенному для работы
с микроконтроллерами STM32 [21].
Программа X-CUBE-MEMS1 является расширением STM32Cube
[22]. Эта утилита позволяет собирать данные о температуре давле-
Рис. 13. Внешний вид отладочной платы XNUCLEO-IKS01A1
нии влажности и девяти параметрах движения от датчиков HTS221
LPS25H LSM6DS0 и LIS3MDL. Программа содержит драйверы этих
датчиков. Программа не привязана жестко к конкретной модели
микроконтроллеров и может работать с большинством моделей серии STM32. В этой программе приведены примеры работы драйверов с платой XNUCLEO-IKS01A1 при подключении к платформам
NUCLEO-F401RE или NUCLEO-L053R8. Подробно работа с программным обеспечением датчиков движения STM приведена в доn
кументах которые можно свободно скачать на сайте STM.
datasheetDM00133076.pdf
application_noteDM00157511.pdf
datasheetDM00157718.pdf
datasheetDM00103319.pdf
presentationproduct_presentationx-nucleo-iks01a1_quick_start_guide.pdf

Записка.docx

Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А.
Кафедра «Приборостроение»
«3D моделирование датчика движения LSM6DS3»
Пояснительная записка к курсовой работе
по дисциплине «Компьютерные технологии в приборостроении»
TOC o "1-3" h z u ВВЕДЕНИЕ PAGEREF _Toc37511266 h 3
ТЕОРИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ PAGEREF _Toc37511267 h 5
Общие представления о среде КОМПАС-3D. PAGEREF _Toc37511268 h 5
ГЛАВА 1. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ PAGEREF _Toc37511269 h 7
1 Основа для создания датчика PAGEREF _Toc37511270 h 7
2 Создание модели датчика. PAGEREF _Toc37511271 h 10
3 Сборка всех элементов датчика с платой. PAGEREF _Toc37511272 h 14
ЗАКЛЮЧЕНИЕ PAGEREF _Toc37511273 h 16
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ PAGEREF _Toc37511274 h 17
Комбинированный датчик движения LSM6DS3 относится к новым инерциальным МЭМС-блокам измерений движения производства STM
Используя такие приборы разработчики могут быстро и с минимальными затратами создавать современные устройства с высокой степенью функциональности. Комбидатчики занимают на плате меньше места чем от-
дельные датчики обеспечивающие аналогичные характеристики. Кроме того подобные датчики дешевле чем несколько отдельных датчиков.
Малые габариты высокая точность стабильность и помехоустойчивость позволяют применять МЭМС-датчики движения производства STM в самых различных областях:
смартфоны планшеты гаджеты ноутбуки;
автомобильные спутниковые системы навигации и системы безопасности;
системы обеспечения устойчивости и отсутствия вибраций неподвижного оборудования;
спортивное и туристическое оборудование;
профессиональные высокоточные спутниковые антенны;
бытовая и офисная техника;
системы экстренного торможения и оповещения об опасности;
автоматизированные сборочные линии.
Разработка датчика — один из основных этапов создания продукта для рынка электроники. В руках промышленных дизайнеров сосредоточена большая власть и ответственность: именно они определяют внешний вид устройства стремятся сделать его привлекательным стильным и удобным.
Разработка электронного устройства — это не только дизайн (эскизы 3D-модели) но также разработка конструкции и документации для серийного производства.
Как правило проект по разработке дизайна включает следующие этапы:
Генерация идей и концептуальная проработка
Разработка оригинального дизайна и конструкции
Выбор материалов для датчика
Создание прототипов и опытных образцов датчика
Постановка на производство
Начиная с эскизов и предпроектных исследований важно учитывать технологические и ценовые особенности будущего устройства поэтому дизайнеры должны работать вместе с технологами и конструкторами которыереализуют требования производства и оценивают себестоимость.
Самая сложная и длительная часть работы— этопредварительный анализ и разработка эскизного предложения(концепции). На этих этапах команда разработчиков решает следующие задачи:
Исследование - дизайнер собирает информацию и погружается в тему: анализирует лучший опыт отечественных и зарубежных компаний которые проектировали аналогичные изделия; изучает конструкционные и отделочные материалы оценивает рациональность их применения; определяет требования к будущему изделию (эргономические функциональные экономические).
Техническое задание - по результатам исследований можно готовить ТЗ в котором будут указаны эксплуатационные технические и эстетические требования к изделию. Для создания конкурентоспособного продукта они должны быть на уровне или выше рыночных аналогов. Как правило ТЗ составляется совместно с заказчиком с учетом его пожеланий.
Генерация идеи - на этом этапе дизайнер ведет эскизный поиск: делает зарисовки на бумаге или графическом планшете. Источником его вдохновения является не только материал исследований и ТЗ но также архитектура графика произведения искусства природный мир. Какой-то элемент из этого списка может стать отправной точкой для последующего формообразования. В результате заказчик получает несколько концепций будущего дизайна.
Трехмерное моделирование и визуализация - лучшие эскизные предложения дизайнер создает в виде трехмерной модели будущего объекта включая визуализацию и наложение текстур. Он также готовит итоговые файлы для согласования проекта с заказчиком: 3D-модели и фотореалистичные 2D-изображения.
Разработка конструкции - На основе выбранного дизайна создается конструкция датчика. Она учитывает возможностей производства сборки и характеристики материалов. Этот этап выполняется в современных системах автоматизации проектных работ (САПР).
Общие представления о среде КОМПАС-3D.
Компас– это название продукта семействаСАПРкоторые служат для построения и оформления проектной и конструкторской документации в соответствие с требованиямиЕСКДиСПДС.
Программы данного семейства автоматически генерируют ассоциативные виды трехмерных моделей в том числе разрезы сечения местные разрезы местные виды виды по стрелке виды с разрывом.Программаможет предоставлять возможность ассоциированной связи модели счертежами то есть при изменении модели автоматически происходят изменение и на чертеже.Программаочень полезна и получила широкое применение при составлении руководств по эксплуатации к тем или иным видам продукции при составлении проектной документации на те или иные видыработ.
Даннаяпрограммаочень уверенно "чувствует себя" на рынкеСАПРпостсоветского пространства это объясняется рядом причин:
интерфейс полностью русифицирован;
построение всехчертежейи оформление документации ведется в соответствие с требованиями предъявляемыми к конструкторской документации;
интерфейс интуитивен и прост для начинающего пользователя;
возможности предоставляемые программой не уступают заграничным аналогам типа AutoCAD Solid Works и др.
возможность участвовать в развитие данного программного обеспечения что также интересно;
Система КОМПАС-3D располагает весьма широкими возможностями создания трехмерных моделей самых сложных конструкций как отдельных деталей так и сборочных единиц. Причем процесс моделирования аналогичен технологическому процессу изготовления изделия. Осуществляя виртуальную сборку нескольких деталей в сборочную единицу пользователь может временно отключить изображение какой-либо детали или выполнить любой сложный разрез. В КОМПАС-3D объемные модели и плоские чертежи ассоциированы между собой любое редактирование модели повлечет за собой изменение в чертеже созданном по данной модели. КОМПАС-3D располагает широкими возможностями параметризации которые могут быть применены и к объемному моделированию. Предположим будущую деталь будут изготовлять штамповкой тогда необходимо сконструировать пресс-форму. Используя для изготовления станки с ЧПУ можно создать модель как самой детали так пуансона и матрицы. В процессе разработки конструктор может наложить ассоциативные связи и если потребуется внести изменения в конструкцию детали то соответственно изменятся модели пуансона и матрицы а также произойдет соответствующее изменение в чертежах этих изделий.
В КОМПАС-3D вы можете работать с различными типами документов которые принято называть средой. Помимо графических текстовых документов и фрагментов в системе можно работать в среде трехмерного моделирования и сборки трехмерных моделей. Для этих целей используется специальная подпрограмма КОМПАС-3D.
В КОМПАС-3D возможно создание твердотельных моделей (деталей) которые хранятся в файлах с расширением *.m3d. и моделей сборок (сборочных единиц) которые хранятся в файлах с расширением *.a3d.
ГЛАВА 1. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1 Основа для создания датчика
В данной работе датчик будет проектироваться для платы которая ранее была создана мной в предыдущей курсовой работе «Проектирование печатных плат в среде автоматического проектирования».
Рисунок 1. Схема электрическая принципиальная на основе которой собиралась сама плата.
D-модель платы создавалась в среде КОМПАС-3D используя стандартные библиотеки этой программы. Но не все элементы были в библиотеках. Поэтому приходилось создавать 3D-модели для элементов вручную.
Рисунок 2. Плата собранная в программе КОМПАС-3D.
Чертежи и 3D-модель будущего датчика будут создаваться в программе КОМПАС-3D.
2 Создание модели датчика.
Используя стандартные команды программы КОМПАС-3D такие как эскиз выдавливание вырезание выдавливанием скругление и тому подобное получаем 3D-модель платы.
Рассмотрим этот процесс более подробно.
Для начала необходимо узнать габариты платы чтобы на их основе уже выстраивать сам датчик.
Для этого лично я использовал функцию переноса 3D модели на 2D чертеж. Там уже было очень просто проставить все габаритные размеры платы и как итог дополнительно получена часть документации (а именно сборочной чертеж платы).
Рисунок 5. Эскизная компоновка платы.
После того как габаритные размеры платы были найдены переходим к моделированию.
Для этого откроем режим эскиза и начертим эскиз из которого в дальнейшем будет выдавливаться модель текстолитовой основы.
Например нарисовать прямоугольник в эскизе затем командой выдавить выдавливаем его на определенную высоту (минимально возможная толщина обеспечивающая жесткость платы).
После этого нарисовать новый окружности поменьше внутри старого эскиза и с помощью команды вырезать выдавливанием вырезать часть ранее выдавленной модели до конца эти отверстия будут под крепление к корпусу.
И так далее создавая новые эскизы и пользуясь командами выдавить и вырезать выдавливанием создавать новые элементы (например стойки для платы дорожки компоненты) доработать деталь до конца.
Материалом для создания датчика был выбран Полиамид П-12Б-20
3 Сборка всех элементов датчика с платой.
Для сборки всех элементов в программе КОСПАС-3D для начала создадим сборку по аналогии с датчиком только в пункте выбора формата выберем пункт «сборка».
Затем посредством добавления новых элементов будем собирать деталь.
При добавлении нового элемента нам предложат ввести его координаты либо двигать его вручную по рабочему окну (но такой способ лично для меня оказался максимально не удобным).
Добавляя детали задавая им координаты и вращая вокруг собственной оси мне удалось достичь хорошего «стыка» элементов и получилось следующая 3D-модель.
Рисунок 9. Плата в сборе.
Черные элементы по бокам датчика это вход-выход напряжения на плату.
С помощью проводов плату соединяют с контактами этих элементов и таким образов на плату будет поступать напряжение и таким же образом выходить из нее.
Эти элементы можно спокойно заменить любым подобным элементом или разъемом. Они просто отображают саму суть.
В курсовой работе была создана 3D-модель датчика для платы были подобраны диаметры крепления было продуманы способы получения питания для платы.
Были подобраны материалы изготовления как датчика (Полиамид П-12Б-20 ТУ 6-05-898-73) так и для винтов (Сталь 3 ГОСТ 380-2005).
Сторчак Н. А. Гегучадзе В. И. Синьков А. В. - Моделирование трехмерных объектов в среде КОМПАС-3D – РПК «Политехник» 2006 217с.

LSM6DS3.m3d