Gyrosensor (LPR510AL)

Ansicht des ST LPR510AL auf dem Entwicklungsboard

Dieser Artikel handelt vom im Carolo-Fahrzeug verbauten Gyrosensor(Gierratensensor), der während des Praktikums-SDE (SS14) Semester neu verbaut wurde. Die Simulink-Modele sind ältere Versionen, mit denen erste Tests durchgeführt worden sind.

Allgemeines

Der Gierratensensor (LPR510AL) liefert ein analoges Ausgangsignal aus. Hierbei kann der Sensor mit einer Spannung von 3,3V bis maximal 16V betrieben werden . Die Funktionsweise basiert auf dem Prinzip eines Drehwinkelsensors.

Pinbelegung

Anschlusspins des LPR510AL.

Pinnummer	Pinname	Funktion
1	VIN	Spannungseingang der Platine
2	GND	Masse - 0V
3	VDD 3,3V	Eingangsspannung des Sensors
4	Y	Verdrehung um die Y-Achse ohne Verstärkung
5	4Y	Verdrehung um die Y-Achse mit 4x Verstärkung
6	Vref	Referenzspannung
7	4X	Verdrehung um die X-Achse mit 4x Verstärkung
8	X	Verdrehung um die X-Achse ohne Verstärkung
9	PD	Power-down (logic 0: normal mode; logic 1: power-down mode)
10	GND	Masse - 0V
11	ST	Self-test (logic 0: normal mode; logic 1: self-test)

Autor: Martin Berysztak (Diskussion) & Adem Hadziric (Diskussion) 21:36, 5. Feb. 2015 (CET)

Inbetriebnahme

Funktionsverdrahtung

Verdrahtung des LPR510AL

Versuchsaufbau Gyro

Beim der Inbetriebnahme des Sensors ist wie bereits beschrieben zu beachten, dass die Eingangsspannung nicht 16V überschreitet, die Plus-Leitung der Spannungsquelle muss an den Pin: VIN (Pin 1) angelegt werden. An den Pin: GND (Pin 2) wird die GND-Leitung der Spannungsquelle angelegt werden. Weiter muss eine Verbindung zwischen dem Pin: 3,3V (Pin 3) und dem Pin: Vref (Pin 6) angebracht werden.

Zum Ablesen der Daten des Sensors, kann die Verbindung der Connector Box (dSPACE) zum Gyrosensor, wird über denn Channel 4 des Analog-Digital-Converters (ADCH4) verbunden werden, dieser wurde bei den Tests augesucht und im Simulink-Model ebenfalls ausgewählt. Die Plus-Leitung der Connector Box Verbindung wird an den Pin gelegt, an dem das Signal abgegriffen werden soll. Pin 4 und Pin 5 für die Y-Richtungsbewegung und Pin 7 und 8 wird X-Richtungsbewegung. Die GND-Leitung der Connector Box Verbindung wird an GND (Pin 2) geschlossen.

Autor: Martin Berysztak (Diskussion) & Adem Hadziric (Diskussion) 21:36, 5. Feb. 2015 (CET)

Verarbeitung in Simulink / ControlDesk

Um die Daten in Simulink zu Verarbeiten ist der Block (MUX ADC9 der dSpace-Libery notwendig. Zum Konvertieren des analogen Ausgangssignals in ein digitales Signal notwendig, welches die Connector Box verarbeiten kann. Die konvertierten Daten (Spannungswerte) werden mithilfe eines Out-Blocks ausgeben. Diese Spannungswerte müssen integriert werden (siehe Simulink-Model: "Ausgabe_in_Grad"), um daraus die Gradänderung zu erhalten. Für den Parameter: "Constant" muss der berechnete Offsetwert (Mittelwert) eingefügt werden.

Die Signale, welche in die Out-Blocks gehen, können via ControlDesk mithilfe des Ploters dargestellt werden.

Autor: Martin Berysztak (Diskussion) & Adem Hadziric (Diskussion) 21:36, 5. Feb. 2015 (CET)

Auswertung der Daten

Erreichbare Auflösung im Zusammenspiel mit der DS1104:

• Der Gierratensensor gibt ein analoges Ausgangssignal aus. Dementsprechend ist die Auflösung nicht bestimmbar und kann als unendlich klein angenommen werden.
• Die Auflösung des Analog-Digital-Converter gibt die Auflösung vor.

Drift:

• Errechnet kann der Drift durch eine Messung über einen längeren Zeitraum werden. Diese müssten entsprechend analysiert werden.
• Der Drift beträgt 0,0004°/sec.

Empfindlichkeit:

• Die Empfindlichkeit lässt sich über die Formel: Empfindlichkeit = Eingang / Ausgang berechnen.
• Die Sensor Empfindlichkeit beträgt: 2,5mV/(°/sek).
• Errechnet wurde der Wert, durch konstantes Schwenken des Sensors um 90°. Über die Zeit gemessen, ist die Empfindlichkeit zu berechnen.
• Aus dem Datenblatt ist dieser Wert ebenfalls zu entnehmen.

Unsicherheit:

• Zur Bestimmung der Unsicherheit wird der Offsetwert des Ruhesignals (keine Bewegung) benötigt. Über das Simulink-Model: "Ausgabe_Mittelwert_Berechnung" wird der Offsetwert berechnet.
• Für den Messmodus Y ist beispielhaft, folgender Offset bestimmt worden:
  • y = 1,25336
• Dieser Wert muss im Simulink-Model: "Ausgabe_in_Grad", unter dem Parameter: "Constant" eingetragen werden.
• Mithilfe des Offsets lässt sich die Standardabweichung (Varianz) bestimmen. Die dazugehörige Formel lautet:

• Varianz: $\sigma_x^2= \frac{1}{n-1} \sum_{i=1}^n \left(x_i- \overline{x}\right)^2$

• Standardabweichung: $\sigma_x= \sqrt{\sigma_x^2}$

• Die berechnete Varianz beträgt:
  • y = 0,001228V

• Berechnet können diese Werte durch das folgende Simulink-Model werden:

Autor: Martin Berysztak (Diskussion) & Adem Hadziric (Diskussion) 21:36, 5. Feb. 2015 (CET)

Quellen / Weiterführende Informationen

Autor: Martin Berysztak (Diskussion) & Adem Hadziric (Diskussion) 21:36, 5. Feb. 2015 (CET)

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