Liikeanturin hyödyntäminen optisessa sovelluksessa

Abstract

Opinnäytetyön tavoitteena oli suunnitella ja toteuttaa laitteisto, joka indikoi käyttäjälle LSM6DSM-liikeanturilta luettavia kiihtyvyys- ja kulmanopeusarvoja sekä näistä johdettuja tuloksia. Laitteiston vaatimusmäärittelyksi asetettiin indikoida käyttäjälle laitteeseen kohdistuvaa negatiivista kiihtyvyyttä eli liikkeen hidastumista. Työn vaatimusmäärittelyn mukainen laitteisto saavutettiin toteuttamalla sulautettu ohjelmisto laitteen LPC11U14FBD48-mikrokontrollerille.

LSM6DSM on 6-akselinen inertiamoduuli, jossa yhdistyvät 3-akselinen MEMS-kiihtyvyysanturi ja 3-akselinen MEMS-gyroskooppi eli kulmanopeusanturi. Mikrokontrollerin ja liikeanturin tiedonsiirtoon käytettiin I²C-väylä topologiaa, jota hyödyntäen liikeanturilta saatiin luettua kiihtyvyys- ja kulmanopeusarvoja. Liikeanturilta luettavien arvojen ja näistä johdettujen tuloksien indikoimiseen käytettiin laitteistoon integroituja ledejä. Laitteiston sulautettu ohjelmisto kirjoitettiin käyttäen laiteläheistä C-kieltä. Työssä syvennyttiin liikeanturin ja mikrokontrollerin sisältämään rajapintaan ja toimintaperiaatteeseen sekä kokonaisuudessaan laitteiston sisältämään elektroniikkaan ja sulautetun ohjelmiston toteuttamiseen niin teorian kuin käytännön osalta.

Opinnäytetyön tuloksena syntyi laitteiston vaatimusmäärittelyn mukainen prototyyppi käytettäessä laitetta stabiilissa kohdeympäristössä. Työn tuloksena syntyneen prototyypin pohjalta voidaan päätellä, että MEMS-teknologiaan perustuvalta LSM6DSM-liikeanturilta voidaan lukea kiihtyvyys- ja kulmanopeusarvoja kohtalaisen tarkasti.

The aim of this thesis was to design and implement a piece of hardware that indicates acceleration and angular velocity values read from the LSM6DSM motion sensor and the results derived from them. The hardware specification was set to indicate to a user the negative acceleration of the device, i.e., deceleration of the device. The hardware specification was achieved by implementing a program of embedded software to LPC11U14FBD48 microcontroller.

LSM6DSM is 6-axis inertial module combining a 3-axis MEMS accelerometer and a 3-axis MEMS gyroscope – an angular rate sensor. The I²C bus topology was used for the data transfer between the microcontroller and the motion sensor. By utilizing the I²C bus, the motion sensor’s acceleration and angular velocity values were transferred to the microcontroller. The hardware integrated LEDs were used to indicate the motion sensor read values and their derived results. The embedded software of the hardware was written using embedded C. The hardware’s electronics and embedded software are explained in depth in this thesis both in theory and in practice.

As a result of this thesis project, a prototype according to the hardware specification was created when the device was used in a stable target environment. Based on the resulting prototype, it can be concluded that the LSM6DSM motion sensor based on the MEMS technology can read the acceleration and angular velocity values fairly accurately.