الجيروسكوب: كل ما تريد معرفته

تحتاج العديد من المشاريع الإلكترونية إلى عنصر من عناصر الحوكمة ، وهذا يحدث من خلال وجود ملف جيروسكوب أو جيروسكوب. يمكن لهذا العنصر أيضًا اكتشاف حركات أو انعطافات الجهاز ، ويساعد في توليد رد فعل ضد هذه الحركة. على سبيل المثال ، إذا كان أمرًا ، فيمكن أن يدور في الاتجاه الذي يريده المستخدم للتحكم في عنصر أو لعبة فيديو.

ال تطبيقات الجيروسكوب، كما يمكنك أن تتخيل ، هناك العديد منها ، مثل تلك التي تم دمجها بواسطة الهواتف الذكية لتتمكن من معرفة وقت تدوير الشاشة وتنفيذ بعض إجراءات التحكم على نظام التشغيل ، أو التعامل مع المركبات أو شخصيات ألعاب الفيديو ، إلخ. كما أنه مدمج في بعض أجهزة الكمبيوتر المحمولة لتحديد سقوط الجهاز وبالتالي يكون قادرًا على إيقاف تشغيل القرص الصلب (HDD) في الوقت المناسب لمنع الرأس من الاصطدام بالقرص الدوار والكسر ، إلخ.

يمكن استخدامها أيضًا أنظمة التوجيه، لمعرفة إلى أين يتجه الجهاز. يخدم هذا كلا من الروبوتات المستقلة والأنظمة الأخرى التي تحتاج إلى التوجيه بشكل صحيح دون تدخل أو تدخل المستخدم. تحتوي الطائرات بدون طيار أيضًا على هذا النوع من العناصر المثبتة ، وحتى نظارات الواقع الافتراضي ، الواقع المعزز أو المختلط ، لتتمكن من تكييف الصورة التي يتم رؤيتها وفقًا لحركة المستخدم ...

أيضا في الصناعة العسكرية كان لها العديد من التطبيقات ، مثل القدرة على توجيه الصواريخ والصواريخ الأولى التي يمكن توجيهها إلى هدف بطريقة أفضل بفضل هذه الجيروسكوبات. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يكون لهذا ، إلى جانب أنظمة الأقمار الصناعية الحديثة مثل GPS ، دقة عالية جدًا.

كما ترون، التطبيقات كثيرة، وبالتأكيد أنت ، كصانع ، لديك المزيد في رأسك لمشروع DIY في المستقبل ...

القليل من التاريخ

El الشعور بالتوجه لقد كان ضروريًا لسنوات عديدة ، خاصةً مع الملاحة. استندت الأنظمة الأولى إلى قمة الغزل ، مثل تلك الموجودة في القرن الثامن عشر من قبل البريطاني جون سيرسون. مع ذلك ، حاول إعطاء الجزء العلوي للغزل استخدامًا آخر ليتمكن من تحديد الأفق في أعالي البحار عندما تكون الرؤية منخفضة أو لاغية.

شيئًا فشيئًا ، كانت أجهزة التوجيه تتطور حتى أول جيروسكوب على هذا النحو لا سترتفع إلى 1852باختراع فوكو. ظهرت نتيجة تجربة لإثبات دوران الأرض. عنصر ذو بندول يمكن أن يظهر ذلك بطريقة بسيطة.

شيئًا فشيئًا ، تطورت الأجهزة الميكانيكية مع انتشار صناعات الطيران والصناعات العسكرية للطوربيدات والصواريخ. من الضروري التأكيد بهذا المعنى على جيرو سبيري كوربللصناعات العسكرية والتي أصبحت من أولى المفاهيم الاتجاهية والحديثة.

بعد ذلك ، سيبدأون في التحسين ، وتقليل الحجم ، وزيادة الدقة حتى يصلوا إلى الأنظمة الحالية بفضل التقنيات الإلكترونية والمصغرة مثل النظم الكهروميكانيكية الصغرى (MEMS). من هذا رأينا بالفعل شيئًا في عنصر MPU6050 من هذه المدونة.

كيف يعمل الجيروسكوب؟

يعتمد الجيروسكوب أو الجيروسكوب على تأثير الجيروسكوب. تحدث هذه الظاهرة عندما يتكون الجهاز من قرص مركب على محور أفقي ، يدور القرص حوله بحرية بسرعة عالية. إذا حافظ مراقب على محور الخلفية باليد اليسرى ومحور الجبهة مع اليمين ، عند خفض اليد اليمنى ورفع اليسار ، سيشعر بسلوك غريب للغاية.

ما سيشعر به المراقب هو ذلك يدفع الجيروسكوب يدك اليمنى ويسحب يدك اليسرى. هذا ما يعرف بتأثير الجيروسكوب. لا أعرف ما إذا كنت قد حملت في يدك قرصًا صلبًا ميكانيكيًا (HDD) بسرعات دوران عالية (7200 دورة في الدقيقة) ، عندما يكون قيد التشغيل ، ولكن بالتأكيد ستلاحظ أن لديه بعض القصور الذاتي عند تحريكه ، شيء ما مثل هذا ما أتحدث إليكم هنا ...

حسنًا ، تُستخدم هذه الظاهرة بواسطة الجيروسكوبات التقليدية لتتمكن من معرفة وقت حدوث الحركة. على الرغم من أن التيار الأجهزة الإلكترونية الدقيقة المدمجة في الأجهزة التكنولوجية ، المشار إليها في هذه المقالة ، هي عناصر معقدة تلتقط الإزاحة الزاوية لكل وحدة زمنية أو مدى سرعة دوران الجسم حول محوره ، باستخدام تأثير مختلف.

لقد حصلوا على دقة جيدة للغاية بفضل MEMS مع تأثير معروف يشبه كوريوليس. في هذه الحالة ، اكتشفه الفرنسي غاسبار-غوستاف كوريوليس في عام 1836. لوحظ التأثير في إطار مرجعي دوار عندما يكون الجسم في حالة حركة فيما يتعلق بالإطار المرجعي المذكور. يتكون من تسارع نسبي للجسم في نظام الدوران المذكور. سيكون التسارع المذكور دائمًا عموديًا على محور دوران النظام وعلى سرعة الجسم.

يخضع الجسم في هذه الحالة للتسارع من وجهة نظر المراقب الدوار ، كما لو كانت هناك قوة غير حقيقية على الجسم تسرعه. إنها قوة كوريوليس من النوع القصور الذاتي أو الوهمي ، بفضلها يمكن أن تكون قياس السرعة الزاوية ، دمج السرعة الزاوية فيما يتعلق بالوقت ، أو الإزاحة الزاوية ، أو ببساطة معرفة ما إذا كان جسم ما قد تحرك ...

على وجه التحديد ، في مستشعر نوع MEMS، لديك شريحة صغيرة بداخلها تم تنفيذ جيروسكوب بحجم يتراوح من 1 إلى 100 ميكرومتر ، أي أصغر من شعرة الإنسان. هذا الجهاز كافٍ بحيث أنه عندما يتم تدويره ، تتحرك كتلة رنين صغيرة مع التغيرات في السرعة الزاوية ، مما ينتج بدوره إشارات كهربائية منخفضة التيار للغاية سيتم قراءتها وتفسيرها بواسطة دائرة التحكم.

الخصائص التي يجب مراعاتها في الجيروسكوب

بعض الخصائص التي يجب أن تأخذها في الاعتبار عندما يتعلق الأمر اختر الدوران لمشروعك eson:

• مرتبة: يجب ألا تتجاوز السرعة الزاوية القصوى التي يمكن قياسها الحد الأقصى لمدى الجيروسكوب الذي تختاره. ومع ذلك ، يجب أن يكون لديك أيضًا أفضل حساسية ممكنة ، ويتم تحقيق ذلك من خلال جعل نطاق الدوران ليس أعلى بكثير مما تحتاجه.
• السطح البيني: هذه ليست مشكلة كبيرة ، حيث أن 95٪ من الجيروسكوبات في السوق لها خرج تناظري ، على الرغم من وجود واجهة رقمية من نوع SPI أو ناقل I2C.
• عدد المحاور: كما هو الحال في مقاييس التسارع ، فهو شيء مهم للغاية. لا يتوفر لديهم عادة العديد من المحاور كما هو الحال في مقاييس التسارع ، ولكن كلما كان ذلك أفضل. في الوقت الحاضر ، بدأت تظهر بعض المحاور الثلاثة ، وهو أمر جيد جدًا. لكن معظم الطرز لها محور أو محورين ، وهو ما يجب أن يكون كافياً لمعظم المشاريع. في النماذج ثلاثية المحاور ، يجب عليك الرجوع إلى معلومات النموذج لمعرفة المحور الذي يقيس الانعطاف ، حيث يمكن للاثنين الآخرين أيضًا قياس درجة انحدار الجسم ودورانه ، بينما يقيس الآخران درجة الانعراج والانعراج.
• استهلاك: ميزة أخرى من الخصائص المهمة ، لأنه إذا كان مشروعك يعتمد على بطارية أو خلية ، فيجب عليك اختيار واحدة تستهلك القليل من الطاقة. بشكل عام ليس كثيرًا ، متوسط ​​الاستهلاك عادة حوالي 100 ميكرو أمبير. بعض الأجهزة الأكثر تقدمًا سيكون لها وظيفة تعليق الطاقة عندما لا تكون قيد الاستخدام.
• إضافات: قد يحتوي البعض على بعض الإضافات ، مثل مستشعرات مقياس التسارع ، ومقاييس درجة الحرارة ، وما إلى ذلك ، في نفس الوحدة.

أيضا ، إذا اشتريت وحدات، سيكون لديهم شريحة و PCB مع بعض الإضافات التي ستسهل تكاملهم مع Arduino ، على سبيل المثال ، توفير دبابيس التوصيل والطاقة ، إلخ.

يمكنك شراء الجيروسكوبات

عدة يمكنك شراء الجيروسكوبات كما MPU6050 والذي يتضمن أيضًا مقياس التسارع. لقد وصفناها بالفعل في مقال آخر ، ولكن بالإضافة إلى ذلك ، هناك أشياء أخرى يمكنك دمجها بسهولة في مشاريعك الإلكترونية مع Arduino.

• يمكنك شراء جيروسكوب مثل شركة STMicroelectronics LPY503AL. إنها واحدة من أشهر و يمكنك قراءة ورقة البيانات الخاصة به هنا.
• يمكنك أيضا استخدام جهاز استشعار بالقصور الذاتي كما لا توجد منتجات,لا توجد منتجات e لا توجد منتجاتبالإضافة إلى MPU6050 ...

يعتمد اتصالها وتكاملها مع Arduino على كل طراز ومصنع. لكنها ليست معقدة. يمكنك التحقق من ملفات أوراق البيانات و pinout لمعرفة كيفية إدارتها. السؤال هو معرفة كيفية عملهم لمعرفة كيفية حساب الإزاحة الزاوية وأن الكود الخاص بك في Arduino IDE يفسرها وينشئ إجراءً وفقًا لذلك ...