Sensoren Beschleunigung und Richtung Freiheiten, die wir brauchen Dem Beschleunigungssensor eine Richtung geben Von Memsic hat die Produktpalette um Beschleunigungssensoren mit SPI-Schnittstelle, DTOS-Accelerometer (Digital Thermal Orientation Sensor) und einen zwischenzeitlich zur Serienreife gebrachten 3-Achs-Magnetsensor erweitert. Der Beitrag zeigt, was beim Designkonzept mit einem Magnetsensor zu beachten ist. Vor allem wird aufgezeigt, warum es nur mit einem Magnetsensor nicht getan ist. Autor: Klaus Vogel Ein elektronischer Kompass besteht vornehmlich und naheliegender Weise aus einem Magnetsensorelement. Dabei handelt es sich bei Memsic um einen 3- Achssensor. Das Sensorelement besteht aus anisotropisch magnetoresistiven Elementen (AMR), die als Wheatstonebrücke angeordnet sind (Bild 1). Da der Sensor vorrangig zur Messung des Erdmagnetfeldes, das je nach Standort zwischen 0,4 und 0,6 Gauß beträgt, gedacht war, ist er für diesen Bereich ausgelegt und optimiert. Der Umstand, dass die magnetischen Pole nicht mit den geografischen Polen übereinstimmen und um einen Winkel von 11,5 Grad versetzt sind, kann durch eine Kompensation berücksichtigt und korrigiert werden. Bei den AMR-Sensoren handelt es sich um Widerstände, deren Wert sich mit dem Magnetfeld ändert. Zum Einsatz kommen Permalloy Filmwiderstände (permanentmagnetische Fe-Ni-Legierung). Während der Fertigung werden diese einem hohen magnetischen Feld ausgesetzt und die magnetischen Dipole in der gewünschten Richtung ausgerichtet. Die Auslegung der Sensoren deckt den Bereich -2...+2 Gauß ab. Für den Fall, dass die Sensorelemente einem Feld von mehr als 6 Gauß ausgesetzt werden, kann es zu einer Veränderung der Grundausrichtung der Dipole kommen, was zu schlechteren Messergebnissen führen würde. Es besteht aber die Möglichkeit, mit der Set/Reset-Funktion, die einen internen Strompuls erzeugt, die Dipole wieder korrekt auszurichten (Bild 1). Das kann entweder manuell als Einzelevent oder periodisch, durch den Mikrocontroller gesteuert, erfolgen. In der Praxis könnte man jedem Samplevorgang solch einen Set/Reset vorausschicken. Dadurch lassen sich Gleichtaktanteile, wie sie durch Temperatur- und sonstige Driftvorgänge entstehen, durch zwei aufeinander folgende Messungen eliminieren. Die Kommunikation mit dem Baustein erfolgt über eine Fast I 2 C-Bus-Schnittstelle (400 kHz). Die einzelnen Funktionsblöcke sind in Bild 2 dargestellt. Ganz dem Titel folgend, deckt der Magnetsensor 3 Freiheitsgrade mit den Sensorelementen für X-, Y- und Z-Achse ab. Wie später gezeigt, benötigen wir noch zwei weitere Freiheitsgrade, wozu der folgende Beschleunigungssensor dienen wird. Memsic DTOS Accelerometer MXC6226 stellt einen Digital Thermal Orientation Sensor dar. Im Prinzip handelt sich um einen Beschleunigungssensor mit zusätzlichen neuen Funktionen, die speziell für Orientierungsaufgaben Vorteile bringen. Das Ganze basiert auf dem patentierten, thermischen MEMS-Prinzip von Memsic. Das Wesentliche ist hierbei, dass der Sensor über keine beweglichen Teile, wie beim kapazitiven Kammprinzip, verfügt und somit mit einer Schockstabilität von 50.000 g als sehr robust bezeichnet werden kann. Außerdem wird kein Klicken erzeugt, wie es typisch für kugelbasierte, einfache Orientierungs- und Bewegungssensoren ist. Mit dem Sensor lassen sich vier Orientierungsrichtungen erfassen, was in entsprechenden Statusbits festgehalten wird. Bild 3 und Bild 4 zeigen dies. Wichtig dabei, der Sensor muss nach einer Lageänderung eine vordefinierte Zeit in der neuen Lage verweilen und darf nicht zurückbewegt werden. Nur in diesem Fall werden die Statusbits geändert. Das verhindert beispielsweise eine Unruhe in einer Darstellung. Zusätzlich zu dieser einfachen Lageerkennung lassen sich Schüttelbewegungen erkennen. Diese Ereignisse werden über einen Interruptausgang dem Controller signalisiert, der dann über einen I2C-Bus die Statusbits auslesen kann. Zusätzlich zu diesen Darstellungen können über den Bus die Beschleunigungswerte der beiden Achsen ausgelesen werden. In Bild 5 ist die Beschaltung dargestellt. Fünf Freiheitsgrade Wie eingangs erwähnt, reicht ein Magnetsensor zur Richtungsbestimmung alleine nicht aus. Im Idealfall würden wir den Kompass exakt waagerecht halten, d.h. angenommener Weise zeigt die x-Achse nach vorne zum Ziel, die y-Achse zur Seite und die z-Achse genau senkrecht. In diesem Fall könnten wir auf den Beschleunigungssensor verzichten. Im Normalfall darf man aber davon ausgehen, dass der Kompass nach vorne oder hinten um die y-Achse geneigt (pitch) und zusätzlich um die x-Achse (roll) verdreht ist (Bild 6) Wird der Kompass nicht genau lotrecht zum Erdmagnetfeld gehalten, würden signifikante Fehler bei der Auswertung auftreten. Der korrekte Azimuth basiert auf der Projektion Xh und Yh der drei Feldkomponenten X, Y, Z. Um dies zu erreichen, bedient man sich des Umstandes, dass ein Beschleunigungssensor in Bezug auf die Erdbeschleunigung g auch als Winkelmesser eingesetzt werden kann. Liegt der Sensor exakt horizontal, erhält man bei einem 2-Achssensor an den Ausgängen den Wert Null. Wird der Sensor gekippt oder gedreht, erhalten wir ➔ ➔ 64 <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 06/2011 www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de Bild: Charlotte Erpenbeck - Fotolia
Auf einen Blick Sensoren Beschleunigung und Richtung Fünf Freiheitsgrade für Richtung und Beschleunigung Die Memsic Inc. darf man mit Sicherheit als einen der Pioniere im Bereich der MEMS-Sensoren bezeichnen. Auf Basis des patentierten thermischen MEMS-Prinzips wurden in der letzten Zeit die Beschleunigungssensoren optimiert und zusätzlich mit SPI-Schnittstelle versehen. Mit einem Beschleunigungssensor allein ist es oft nicht getan, es sollte auch klar sein, in welche Richtung es geht. infoDIREKT www.all-electronics.de 503ei0611 www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 06 / 2011 65
- Seite 1:
D 19067 · Juni 2011 · Einzelpreis
- Seite 4 und 5:
Seit 20 Jahren rund um die Uhr Ihr
- Seite 6 und 7:
Inhalt Juni 2011 Coverstory 20 Mär
- Seite 8:
Bilder: Intel/Edmund Preiss Märkte
- Seite 11 und 12:
Eine schrecklich leistungsstarke Fa
- Seite 13 und 14:
SENSOR ICs FEATURES ÿ ÿ ÿ ÿ ÿ
- Seite 15 und 16: den wir daher ein Roll-Out an 31 ne
- Seite 17 und 18: Gewinner Gewinner aus Ausgabe 1/2-2
- Seite 19 und 20: Zusätzlichen Fertigungsfläche von
- Seite 21 und 22: gonnen, insgesamt gehen wir aus heu
- Seite 23 und 24: Auf einen Blick Coverstory Messtech
- Seite 25 und 26: Bild: LeCroy 12-Bit-Oszilloskope 55
- Seite 27 und 28: Frequenzgang im Vergleich Für Inge
- Seite 29 und 30: Extrem kurze Totzeit 1 GS/s Digitiz
- Seite 31 und 32: Agilents Beitrag zum PXI-Markt Die
- Seite 33 und 34: Wenn Geld keine Rolle spielt Modula
- Seite 35 und 36: ter: „In Deutschland haben wir au
- Seite 37 und 38: festzustellen, wie hoch die Restfeu
- Seite 39 und 40: genen Jahren die Einsicht, dass die
- Seite 41 und 42: Das Unternehmen Das Programm Firmen
- Seite 43 und 44: Das Unternehmen Das Programm Firmen
- Seite 45 und 46: Das Unternehmen Das Programm Firmen
- Seite 47 und 48: Das Unternehmen Das Programm Firmen
- Seite 49 und 50: Das Unternehmen Das Programm Firmen
- Seite 51 und 52: Mit den wachsenden Anforderungen an
- Seite 53 und 54: Sensoren Firmware wird im integrier
- Seite 55 und 56: NI LabVIEW 2010 Es ist Zeit ... Aus
- Seite 57 und 58: LabVIEW 2010 Es ist Zeit ... ... f
- Seite 59 und 60: NI TestStand 2010 Verbesserte Entwi
- Seite 61 und 62: Bild: STMicroelectronics www.elektr
- Seite 63 und 64: nes IC entwickelt, das nur über di
- Seite 65: Bild 5: Nach der Auswahl des Sensor
- Seite 69 und 70: Bild 4: Lage- (Bilddarstellung) und
- Seite 71 und 72: ebedingungen berücksichtigt werden
- Seite 73 und 74: Bild 1: Diese neue Touch-Screen-Tec
- Seite 75 und 76: Bild: Cypress Bild 5: CY8CTMA884-Tr
- Seite 77 und 78: Multi-Gas-Sensor Für organische Ve
- Seite 79 und 80: nerischen HID-Geräte. Im Gegensatz
- Seite 81 und 82: Prefi x “pr” erkennen lässt; d
- Seite 83 und 84: MEMS-Gyroskope Höhere Leistung unt
- Seite 85 und 86: über eine einzigartige Dual-Cavity
- Seite 87 und 88: © namwar69/Fotolia.com Als Fachver
- Seite 89 und 90: Bild: Zytronix Weiterentwicklung be
- Seite 91 und 92: I 2 C-Bus-Schnittstelle und analoge
- Seite 93 und 94: Auf einen Blick Optoelektronik LED-
- Seite 95 und 96: Um den PFC auf über 0,9 zu steiger
- Seite 97 und 98: Neues High-Brightness LCD Line-up b
- Seite 99 und 100: Optoelektronik LCD www.elektronik-i
- Seite 101 und 102: www.elektronik-industrie.de Optoele
- Seite 103 und 104: Auf einen Blick Test- und Messgerä
- Seite 105 und 106: management. Anders als für CE-Ger
- Seite 107 und 108: Der schnelle Wechsel der Blickwinke
- Seite 109 und 110: LED-Kühlung Schukat liefert mit Co
- Seite 111 und 112: Bild: Phoenix Contact Auf einen Bli
- Seite 113 und 114: Alles aus einer Hand LEDs, Montage,
- Seite 115 und 116: Bild: Osram Opto Semiconductor Effi
- Seite 117 und 118:
lern, wie Rauschen auf der Spannung
- Seite 119 und 120:
werte behandeln, da sie in keiner B
- Seite 121 und 122:
Datenstrom wird von einem digitalen
- Seite 123 und 124:
wieder obige Formel zum Einsatz: V
- Seite 125 und 126:
tumsraten. Sie können problemlos b
- Seite 127 und 128:
6A-N-Kanal-MOSFET-Gate-Treiber Sper
- Seite 129 und 130:
Besuchen Sie die neue www.all-elect
- Seite 131 und 132:
Für die Hutschiene M2M-Router für
- Seite 133 und 134:
50-Watt-Audio ohne Kühlkörper Hoc
- Seite 135 und 136:
Bild: National Semiconductor Mit Au
- Seite 137 und 138:
elektronik industrie-Leser gewinnen
- Seite 139 und 140:
Messbereiche Genauigkeit pH: -2,000
Change language