Gyrosensor (LPR510AL)

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

Allgemeines

Der Gierratensensor (LPR510AL) liefert ein analoges Ausgangsignal aus. Hierbei kann der Sensor mit einer Spannung von 3,3V bis maximal 16V betrieben werden [1]. Die Funktionsweise basiert auf dem Prinzip eines Drehwinkelsensors.[2]

Pinbelegung

Anschlusspins des LPR510AL. [3]
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)

[4]


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

Inbetriebnahme

Funktionsverdrahtung

Verdrahtung des LPR510AL[5]
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 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.

Ausgabe in Grad [6]

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 Mittelwert berechnet.
  • Für den Messmodus Y ist beispielhaft, folgender Mittelwert bestimmt worden:
    • y = 1,25336
  • Dieser Wert muss im Simulink-Model: "Ausgabe_in_Grad", unter dem Parameter: "Constant" eingetragen werden.
  • Mithilfe des Mittelwertes lässt sich die Standardabweichung (Varianz) bestimmen. Die dazugehörige Formel lautet:
  • Varianz:
  • Standardabweichung:
  • Die berechnete Varianz beträgt:
    • y = 0,001228V
  • Berechnet können diese Werte durch das folgende Simulink-Model werden:

Simulink zur Berechnung der Standartabweichung[7]



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

Quellen / Weiterführende Informationen

  1. "Datenblatt LPR510AL - ohne Breakout-Platine" , STMicroelectronics. [1]
  2. "Kraftfahrtechnisches Taschenbuch" von Karl-Heinz Dietsche, Thomas Jäger, Friedr. Vieweg & Sohn Verlag. ISBN 978-3-937137-59-9
  3. "Anschlusspins des LPR510AL." von Pololu Robotics & Electronics.http://b.pololu-files.com/picture/0J1875.250.jpg?4afe3fed01b3bc58fa14bda28c295f7d
  4. "LPR550AL Dual-Axis (Pitch and Roll or XY)",Pololu Robotics & Electronics.[2]
  5. "Schaltskizze für den Sensor" von Hadziric & Berysztak. [3]
  6. "Vollständige Zip-Datei des Simulinkmodels" von Hadziric & Berysztak. [4]
  7. "Vollständige Zip-Datei des Simulinkmodels" von Hadziric & Berysztak. [5]


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



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