Gesten, Gaming, Gyroskope

Invensense_GyroAroundWorld_01_sml.gifDie Integration von Gyroskopen und anderen Trägheitssensoren hat mittlerweile eine technologische Reife erlangt, durch die auf einfache und kostengünstige Weise die Erkennung und differenzierte Auswertung von Bewegungen in Consumer-Geräten möglich wird.

Auf der Suche nach erfolgversprechenden Produktvorteilen implementieren Hersteller inzwischen solche Sensoren in Mobiltelefone, Securitykameras oder TV-Fernsteuerungen zur zur Gestik-Erkennung, Bild-optimierung oder zur bewegungsgeführten Menüsteuerung. 

Schlüssel zum Erfolg in diesem Marktsegment ist aber das Know-How einer kostengünstigen Fertigung und möglichst umfangreiche Softwareunterstützung für Kundenanwendungen. InvenSense, dank seiner Nasiri-Plattform führender Hersteller von MEMS-Gyroskopen, hat kürzlich mit dem MPU-6000 einen neuen Meilenstein in Sachen Preis und Integration gesetzt.

Sensorik und Metrologie auf einem Chip

MPU_6000_sml.gifMit der Integration eines 3-Achsen Gyroskopes und eines 3-Achsen Accelerometers auf dem gleichen Silizium zusammen mit einem Digital Motion Processor™(DMP) der in der Lage ist, komplexe 9-Achsen Sensor-Fusion Berechnungen durch-zuführen, stellt der MPU-6000 einen Durchbruch im Bereich der MEMS Bewegungssensortechnologie dar.

Vor allem beseitigt der Baustein die Herausforderungen, die mit der Auswahl und Implementierung verschiedener Bewegungssensoren verbunden sind, wie etwa Signalkonditionierung, Sensor-Fusion und Kalibrierung in der Herstellung. Er verfügt über integrierte 9-Achsen Sensor-Fusion Algorithmen und verwendet einen externen Kompass-Sensor via I2C-Bus, um auch 9-Achsenanwendungen etwa zur Koppelnavigation zu unterstützen.

Die MPU-6000 ICs werden im gleichen 4x4x0.9 mm QFN-Gehäuse und gleichen Pinning angeboten wie die aktuellen Bausteine der MPU-3000 Familie (3-Achsen Gyroskope) und vereinfachen daher den Einsatz in bestehenden Boards. Durch den I2C bzw. SPI-Bus und der Standard MotionProcessing-Library™ (MPL) sowie -API vereinfacht sich Integration und Anbindung an unterschiedlichste Anwendungsprozessoren.

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Der MPU-6000 verfügt über programmierbare Meßbereiche von ±250dps, ±500dps, ±1000dps und maximal ±2.000dps () für Drehratenmessung sowie ±2g, ±4g, ±8g und ±16g bei der linearen Beschleunigungsmessung.

Das ermöglicht den Einsatz einer einzigen MotionProcessing-Lösung für jede denkbare Bewegungsanwendung von der eher gemütlichen Menüauswahl mit Fernsteuerungen bis hin zur Erkennung von unerwünschten Kamerawackeln, alles digitalisiert mit 16-Bit Auflösung und einigen 100 Samples je Sekunde. Bezüglich der Rauscheigenschaften setzt der Baustein mit seinen 0.005 degrees/sec/√Hz einen neuen Industriestandard und bietet damit höchste Qualität und Anwendungsfreundlichkeit bei der Bildstabilisierung oder bei Zeige- und Spielanwendungen. Eine genaue Kalibrierung im Werk mit ±1% Abweichung der initialen Empfindlichkeit reduziert die Notwendigkeit zur anwenderseitigen Nachjustierung.

Das Gyroskop arbeitet bei einer Resonanzfrequenz von über 27 kHz und ist daher weitgehend immun gegen Interferenzen mit hörbaren Schwingungen (20 .. 20.000Hz) wie etwa Musik oder Telefongeklingel, was für geräuschempfindliche Anwendungen wie beispielsweise Bildstabilisierung sehr wichtig ist.

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InvensesGyrosAccelSymbol_sml.gif Weitere, industrieweit führende Eigenschaften, sind ein 4x4x0.9mm 24-pin QFN Kunst­stoffgehäuse, On-Chip 16-bit ADCs, programmierbare digitale Filter, Präzisionstaktgeber mit 2% Abweichung im Bereich von -40°C bis 85°C, ein eingebetteter Temperatur-sensor, programmierbare Interrupts und ein Stromverbrauch von lediglich 5.5 mA. Die Bausteine sind verfügbar mit I2C und SPI-Schnittstelle, einem Betriebsspannungsbereich von 2.5 bis 3.6 V und einer VLOGIC-Schnittstellenspannung von 1.71 bis 3.6 V.

Ein entscheidender Vorteil einer integrierten 6-Achsen-Lösung auf einem Chip ist die perfekte Aus-richtung aller Achsen von Gyroskop und Beschleu-nigungssensor, was die kostenträchtigen Kalibrierungen erübrigt, wie sie mit diskreten Lösungen heute notwendig sind.

Und mit dem Master I2C-Bus zur Übernahme von 3-Achsen Kompasswerten aus einem externen Sensor lässt sich ein vollständiges 9-Achsen Sensor-Fusion System verwirklichen, das die InvenSense-eigenen und zum Patent angemeldeten DMP- und MPL-Funktionen nutzt. Die MPL von InvenSense ist ein Software-Layer, der die Integration und Anbindung eines Anwendungsprozessors zu einer einfachen Aufgabe macht.

Übersicht InvenSense MEMS Sensoren

Die MotionProcessing Library

InvenSense_MPL_Layers_01_0.jpgMit der jüngsten Version V3.2 der Motion-Processing-Library Software unterstützt Invensense neben vielen anderen Betriebssystemen nun auch Android 2.3 "Gingerbread". Diese Software bietet zusammen mit den dazu gehörigen MotionProcessor Produkt-familien eine umfassende Lösung für die 9-Achsen Sensor-Fusion mit je 3-Achsen Drehrate (Gyroskop), Beschleunigung (Accelerometer) sowie Himmelsrichtung (Kompass-sensor) für die Strukturen in der Android-Gingerbread Programmierschnittstelle (API).

Die neuen APIs (Quaternion, Rotationsmatrix, lineare Beschleunigung und Schwerkraft) erlauben es Anwendungsentwicklern, die Vorteile von Sensorkombinationen aus Gyroskop, Beschleunigungs- und Kompass-Sensor zu nutzen. Die MPL 3.2 Software beseitigt die Schwierigkeiten, die mit der Integration zahlreicher Sensoren in das Android Betriebssystem einher-gehen, indem es sich direkt mit der Gingerbread Hardware-Abstraktionsebene (HAL) verbindet und 9-Achsen Sensor-Fusion-Daten an die neuen APIs liefert ohne die Notwendigkeit komplexer, prozessor-intensiver Berechnung von Bewegungs-algorithmen auf dem Anwendungsprozessor. Dies wird erreicht durch Abstimmung der MPL mit einem Compagnion-MotionProcessor mit eingebettetem DMP und integrierter Bewegungs-Algorithmik, um den Anwendungsprozessor von den 9-Achsen Sensor-Fusions Berechnungen zu entlasten.

Die MPL-Software steuert kritische Bewegungsverarbeitungs-Aufgaben einschließlich des Managements von Sensor-Devices, Kalibrierung der Sensor-Bias-Werte, die Sensor-Fusion sowie die Erkennung von Gesten auf Basis der Android Sensor HAL/APIs und eröffnet den Designern die Möglichkeit, sich ausschließlich auf die eigene Anwendungsentwicklung zu konzentrieren.

Press Release über MPL V3.2 Software von InvenSene