Gyrosensor (LPR510AL)

Dieser Artikel handelt vom im Carolo-Fahrzeug verbauten Gyrosensor, der während des SDE Praktikums im Sechsten (SS14) Semester neu verbaut wurde

Allgemein

Der Gieratensensor (LPR510AL) gibt ein analoges Ausgangsignal aus. Der Sensor wird mit einer Spannung von 3,3V bis maximal 16V betrieben.

Pinbelegung

Anschlusspins des LPR510AL Quelle: http://b.pololu-files.com/picture/0J1875.250.jpg?4afe3fed01b3bc58fa14bda28c295f7d

Die Eingangsspannung wird über den Pin 1 in den Spannungsregler(auf der Platine) gegeben, um die Betriebsspannung für VDD zu erhalten.

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)

Funktionsverdrahtung

Beim Verdrahten ist zu beachten, dass die Spannung der Spannungsquelle nicht 16V überschreitet. Es genügt, mit einer Spannung von ca. 6 V und einen Strom von 0,1 A zu arbeiten. Die Plus-Leitung der Spannungsquelle muss an den Pin: VIN (Pin 1) angelegt werden. Die GND-Leitung der Spannungsquelle muss an den Pin: GND (Pin 2) angelegt werden. Auf der Steckplatte muss eine Verbindung zwischen dem Pin: 3,3V (Pin 3) und dem Pin: Vref (Pin 6) angebracht werden. Die Verbindung der Connector Box (dSPACE) zum Gyrosensor, muss über denn Channel 4 des Analog-Digital-Converters (ADCH4) verbunden werden. 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.

Verarbeitung in Simulink / ControlDesk

Um die Daten in Simulink zu Verarbeiten ist der Block der dSpace-Libery notwendig. Zum Konvertieren des analogen Ausgangssignals in ein digitales Signal notwendig, welches die Connector Box verarbeiten kann. Die konvertierten Daten werden mithilfe eines Out-Blocks weitergeben. Das Ausgangssignal wird in Spannung pro Sekunde angegeben. Diese Spannungswerte müssen integriert werden (siehe Simulink-Model: "Ausgabe_in_Grad"), um daraus die Gradänderung über die Zeit zu erhalten. Für den Parameter: "Constant" muss der später, berechnete Mittelwert eingefügt werden.

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

Auswertung der Daten

Erreichbare Auflösung im Zusammenspiel mit der DS1104:
- Der Gieratensensor 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:
- Der Drift beträgt 0,0004°/sec
- Errechnet wurde der Drift durch eine Messung über einen längeren Zeitraum. Bei dieser Messung wurde die Änderung des Mittelwerts beobachtet.
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 auf 90°. Hierbei musste die Verändernde Spannung konstant sein und abgelesen werden. 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 Mittelwert des Ruhesignals (keine Bewegung) benötigt. Über das Simulink-Model: "Ausgabe_Mittelwert_Berechnung" wird der Mittelwert berechnet.
- Für die vier Verschiedenen Messmodi sind folgende Mittelwerte bestimmt worden:
  - 4x = 0,86359
  - x = 1,26456
  - 4y = 1,121592
  - y = 1,25317
- Diese Werte müssen im Simulink-Model: "Ausgabe_in_Grad", unter dem Parameter: "Constant" eingetragen werden.
- Anhand dieser Mittelwerte lässt sich die Varianz bestimmen. DIe dazugehörige Formel lautet:
  - ???
- Die Varianz für die Messmodi beträgt:
  - 4x =
  - x =
  - 4y =
  - y =

Weiterführende Informationen

Allgemeine Informationen zum Gieratensensor und dem Sensorprinzip [1] Abruf: 13.05.2014
Datenblatt des Sensors ohne Breakout-Platine[2] Abruf: 13.05.2014
Datenblatt der Breakout-Platine mit Sensor[3]Abruf: 13.05.2014
Vollständige Zip-Datei des Simulinkmodels [4] Abruf: 13.05.2014
Schaltskizze [5] Abruf: 13.05.2014