Datasensor MPU9250

Отличный выбор! MPU-9250 — это один из самых популярных и широко используемых инерциальных измерительных модулей (IMU) от TDK InvenSense (ныне часть TDK). Вот подробное описание, характеристики и совместимость.

Описание MPU-9250

MPU-9250 — это 9-осевой инерциальный измерительный модуль, который объединяет в одном компактном корпусе:

1. 3-осевой гироскоп — измеряет угловую скорость (вращение).
2. 3-осевой акселерометр — измеряет линейное ускорение (включая гравитацию).
3. 3-осевой магнитометр (AK8963 от AKM) — измеряет напряженность магнитного поля Земли (компас).

Ключевая идея: Объединение данных со всех трех датчиков с помощью специальных алгоритмов (сенсорный fusion, например, Mahony, Madgwick, Kalman Filter) позволяет точно определять абсолютную ориентацию объекта в пространстве (углы Крылова: тангаж, крен, рыскание) без дрейфа, характерного для гироскопов.

Основные преимущества:

• Высокая интеграция: Один чип заменяет три отдельных датчика.
• Цифровой выход: Общение по стандартным интерфейсам I²C (до 400 кГц) и SPI (до 1 МГц).
• Встроенный обработчик сигналов (DMP): Снимает нагрузку с основного микроконтроллера, выполняя фильтрацию и вычисление ориентации на своем собственном процессоре.
• Низкое энергопотребление.
• Доступность: Огромная популярность означает обширную документацию, библиотеки и сообщество.

Типичные применения:

• Дроны (квадрокоптеры) — стабилизация полета.
• Робототехника — навигация и ориентация.
• Мобильные устройства, носимые гаджеты (фитнес-трекеры, умные часы).
• Системы виртуальной и дополненной реальности (VR/AR).
• Интерактивные игровые контроллеры.
• Навигационные системы (в сочетании с GPS).

Технические характеристики

| Параметр | Гироскоп | Акселерометр | Магнитометр (AK8963) | | :--- | :--- | :--- | :--- | | Количество осей | 3 (X, Y, Z) | 3 (X, Y, Z) | 3 (X, Y, Z) | | Диапазон измерений | ±250, ±500, ±1000, ±2000 °/с | ±2, ±4, ±8, ±16 g | ±4800 µT (микротесла) | | Разрешение (ADC) | 16-бит | 16-бит | 16-бит | | Чувствительность | Зависит от диапазона (напр., 131 LSB/°/с при ±250°/с) | Зависит от диапазона (напр., 16384 LSB/g при ±2g) | 0.6 µT/LSB | | Нестабильность нуля | — | — | ±50 µT (смещение) | | Собственная частота| — | — | 8 Гц или 100 Гц | | Погрешность | — | — | ±1° (компас Heading) |

Общие характеристики модуля:

• Напряжение питания (VDD): 2.4 В — 3.6 В (критически важно! 5В выведет его из строя).
• Напряжение логики (VDDIO): 1.8 В — 3.3 В (для совместимости с различными микроконтроллерами).
• Интерфейсы связи: I²C (адрес по умолчанию 0x68, или 0x69 при высоком уровне на пине AD0), SPI (до 1 МГц).
• Встроенный датчик температуры: Да.
• Встроенный обработчик (DMP): Да, поддерживает вычисление кватернионов, матриц вращения, углов Эйлера.
• Прерывания: Доступны для готовности данных, жестов и т.д.
• Рабочая температура: -40°C до +85°C.
• Корпус: QFN 3x3x1 мм (24 вывода).

Парт-номера и совместимые модели

1. Прямые аналоги и парт-номера от TDK InvenSense:

• MPU-9250 — основной и самый распространенный вариант.
• MPU-9255 — Функционально идентичен MPU-9250, но проходит более строгий процесс калибровки и тестирования (выше качество, обычно выше цена).
• MPU-6500 + AK8963 — MPU-9250 по сути и есть эта комбинация. MPU-6500 — это 6-осевой модуль (гиро+акселерометр). Иногда встречается как два отдельных чипа на плате.

2. Совместимые по выводам и функционально (легкая замена в схеме):

• MPU-6050 + HMC5883L (или QMC5883L) — Предшественник. MPU-6050 (6-осевой) + внешний магнитометр. Внимание: Разные корпуса и распиновка, но функционально аналогичен. Программное обеспечение часто можно адаптировать.
• MPU-9150 — Более старый 9-осевой модуль (предшественник MPU-9250). Использует магнитометр AK8975. Медленнее, менее точен.
• ICM-20948 — Прямой наследник и рекомендуемая замена. Более современный чип от InvenSense с улучшенными характеристиками (меньший шум, больше функций, цифровой интерфейс для внешних датчиков). Часто продается как ICM-20948 или в модуле Adafruit ICM20948. Программно в большинстве библиотек совместим с MPU-9250 на уровне регистров, но есть отличия.

3. Модули на базе MPU-9250 (для разработки и прототипирования):

Это готовые платы с MPU-9250, стабилизатором напряжения, резисторами и конденсаторами. Идеальны для работы с Arduino, Raspberry Pi и т.д.

• GY-91 — Компактный модуль, содержит MPU-9250 и барометр BMP280.
• GY-9250 — Базовый модуль с MPU-9250.
• MPU-9250 Breakout Board от многих производителей (SparkFun, Adafruit — но у них чаще свой дизайн на ICM-20948).

4. Альтернативы от других производителей (функциональные аналоги):

• BMI160 (Bosch) + BMM150 (Bosch) — Аналогичная 9-осевая комбинация от Bosch. Очень популярна в смартфонах. Часто требует больше усилий по программированию.
• LSM9DS1 (STMicroelectronics) — 9-осевой IMU от ST. Имеет схожие характеристики, но другую структуру регистров и библиотек.

Важные замечания:

1. Магнитометр AK8963 — его основная проблема: самотестирование и калибровка. Он требует специальной процедуры калибровки (вращение "восьмеркой") для компенсации мягкого и жесткого железа (магнитных помех от самой платы и окружающих компонентов). Без калибровки показания компаса будут неточными.
2. Библиотеки: Для работы существуют проверенные библиотеки, например:
   • Для Arduino: MPU9250 by bolderflight, SparkFun MPU-9250 Breakout.
   • Для Raspberry Pi/Python: mpu9250-jmdev, RTIMULib (поддерживает множество IMU).
   • Для STM32/ESP32: Часто используются портированные версии вышеуказанных библиотек или HAL-драйверы.
3. Клоны и подделки: На рынке (особенно на AliExpress) много модулей MPU-9250, которые на самом деле содержат чип MPU-6500 и отдельный магнитометр AK8963 (что технически верно), но иногда встречаются и другие магнитометры (например, QMC5883L), которые выдают себя за AK8963. Это может вызвать проблемы с драйверами. Всегда полезно запускать тестовые скрипты для проверки WHO_AM_I регистров (0x75 для MPU, 0x48 для AK8963).

MPU-9250 остается "рабочей лошадкой" в мире инерциальных измерений, идеально подходящей для обучения и множества реальных проектов. Для новых разработок стоит присмотреться к его наследнику — ICM-20948.