Návody

První kroky s TriSense Pro a ICM-42688-P

Voltino TriSense Pro je kompaktní senzor obsahující 3 samostatné čipy. BMP580 pro měření atmosférického tlaku a teploty, AK09918C pro měření síly magnetického pole a nakonec ICM42688P - 3osý akcelerometr a 3osý gyroskop. A právě v tomto návodu se podíváme, jak poprvé rozchodit ICM42688P na modulu Voltino TriSense Pro a získat tak první cenná data.

Pro první testování senzor zapojíme k Arduino Uno přes I2C rozhraní. Budeme používat specializovanou knihovnu ICM42688P-Voltino, která zjednodušuje komunikaci, umožňuje efektivní čtení dat přes FIFO buffer a nabízí automatickou kalibraci gyroskopu.

Celý proces trvá jen pár minut a nevyžaduje žádné složité nástroje – stačí Arduino IDE, USB kabel a jumper kabely.

Potřebné součástky a napájení

• Voltino TriSense Pro senzor

• Arduino Uno (nebo kompatibilní deska)

• 4-6 jumper kabelů (samec-samice)

• Počítač s nainstalovaným Arduino IDE
  
  

DŮLEŽITÉ UPOZORNĚNÍ K NAPÁJENÍ: Modul TriSense Pro je vybaven obvody pro posun logických úrovní (level shifters). To znamená, že napětí na pinu VIN se musí rovnat logickému napětí, které používá vaše hlavní řídicí deska.

• Pro Arduino Uno/Nano použijte 5V napájení (VIN - 5V).

• Pro ESP32 nebo Raspberry Pi Pico použijte 3.3V napájení (VIN - 3.3V).
  
  

Krok 1: Instalace knihovny

Knihovna ICM42688P-Voltino je navržena speciálně pro tento IMU a podporuje jak I2C, tak SPI komunikaci, čtení z FIFO a správu offsetů.

1. Stáhněte knihovnu jako ZIP soubor z repozitáře.

2. Otevřete Arduino IDE.

3. Přejděte do Sketch > Include Library > Add .ZIP Library a vyberte stažený ZIP soubor.

4. Restartujte Arduino IDE.

5. Poznámka: Knihovna závisí na standardních knihovnách Wire.h (pro I2C) a SPI.h, které jsou součástí Arduino IDE.

Krok 2: Zapojení senzoru k Arduino (I2C)

Modul TriSense Pro se připojuje k I2C rozhraní mikrokontroléru. Adresa senzoru je standardně 0x68.

VIN (senzor) → 5V (Arduino)

GND (senzor) → GND (Arduino)

SDA (senzor) → A4 (Arduino – SDA pin pro I²C)

SCL (senzor) → A5 (Arduino – SCL pin pro I²C)

CS (senzor) → nepřipojovat

Krok 3: Nahrajte testovací kód pro I2C s FIFO

Použijeme pokročilý příklad čtení z FIFO bufferu, který zajistí stabilní příjem dat při vysoké vzorkovací frekvenci. Data budou vytištěna v jednotkách g (zrychlení) a °/s (stupně za sekundu).

C++

Krok 4: Nahrání a testování

1. Připojte Arduino Uno k počítači přes USB.

2. Vyberte board v Arduino IDE: Tools > Board > Arduino Uno.

3. Vyberte port: Tools > Port > (vyberte správný COM port).

4. Nahrajte kód: Klikněte na šipku "Upload".

5. Otevřete Serial Monitor: Tools > Serial Monitor (nastavte baud rate na 115200).

6. Testování:

   • Měli byste vidět nepřetržitý proud dat.

   • Akcelerometr (Accel): Když je IMU v klidu na stole, hodnota $A_z$ by měla být blízko 1.0 g (kvůli gravitaci) a $A_x, A_y$ blízko 0.0 g.

   • Gyroskop (Gyro): Hodnoty $G_x, G_y, G_z$ by měly být blízko 0.0 dps (ale bez kalibrace budou mít malý offset - viz Krok 5). Pohybem IMU by se měly hodnoty rychle měnit.

Rychlost čtení dat (ODR a mikrokontrolér)

Senzor ICM-42688-P podporuje velmi vysoké frekvence výstupních dat (ODR), a to až 32 kHz.

• Pro základní ODR (např. 500 Hz nebo 1 kHz) je Arduino Uno/Nano naprosto dostačující.

• Pro rychlejší ODR než 8 kHz (např. 16 kHz nebo 32 kHz) silně doporučujeme použít výkonnější mikrokontrolér, který dokáže rychleji zpracovávat komunikaci po sběrnici (zejména SPI) a efektivně vyprazdňovat FIFO, aby nedošlo k přetečení. Vhodné alternativy jsou např.:

  • Raspberry Pi Pico (díky rychlému procesoru RP2040)

  • ESP32 (díky dvoujádrovému procesoru)

Krok 5: Automatická kalibrace gyroskopu

Pokud chcete eliminovat drift gyroskopu (malé, ale neustálé odchylky v klidu), musíte provést kalibraci. Knihovna obsahuje jednoduchou funkci autoCalibrateGyro().

• Příprava: Ujistěte se, že IMU je v naprostém klidu na rovné ploše.

• Postup: Použijte následující kód, který provede kalibraci jednou v setup().
  
  

C++

• Po nahrání kódu a uplynutí pár desítek sekund se v Serial Monitoru vytisknou vypočítané offsety. Tyto kalibrační hodnoty (ox, oy, oz) použijte ve vašich budoucích projektech s funkcí imu.setGyroOffset(ox, oy, oz).

6. Zapojení pro SPI komunikaci

Pokud potřebujete vyšší rychlost komunikace, použijte SPI. Vyžaduje 4 datové piny, včetně pinu CS (Chip Select). V kódu je použitý pin D10 pro CS, ale můžete jej změnit.

VIN (senzor) → 5V (Arduino – VIN pro SPI)

GND (senzor) → GND (Arduino)

MOSI (senzor) → D11 (Arduino – MOSI)

MISO (senzor) → D12 (Arduino – MISO)

SCK (senzor) → D13 (Arduino – SCK)

CS (senzor) → D10 (Arduino – CS, lze změnit)

Pro testování SPI použijte kód z Kroku 3, ale s malou úpravou v setup():

C++

7. Řešení problémů

• Senzor nenalezen ("IMU not detected!"):

  • Zkontrolujte zapojení VCC a GND.

  • Ověřte, že napětí na VIN odpovídá logice vaší desky (5V pro Arduino Uno, 3.3V pro Pico/ESP32).

  • Ujistěte se, že piny SDA a SCL nejsou prohozené.

• Přetečení FIFO/Nepravidelná data:

  • Zkontrolujte, že baud rate na Serial Monitoru odpovídá kódu (115200).

  • Pokud používáte ODR vyšší než 8 kHz, zvažte přechod na výkonnější mikrokontrolér (Pico, ESP32) pro rychlejší čtení.

  • Zvažte snížení frekvence ODR pomocí imu.setODR().
    
    

• Chybná kalibrace:

  • Během autoCalibrateGyro() se IMU nesmí hýbat.