Sensormodulen meten beweging en navigeren op basis van gegist bestek

De drie producten in de door Fairchild aangekondigde FMT1000-reeks hebben de afmetingen en mechanische kenmerken van een PLCC28-bouwsteen voor oppervlaktemontage. Het gaat echter niet om IC's maar om kleine printjes, voorzien van sensoren voor bewegingswaarneming en bijbehorende componenten. De typen opnemers variëren per uitvoering. Alle nemen ze versnelling, draaiing en magnetische veldrichting waar, eventueel aangevuld met meting van verticale oriëntatie en gyroscoop voor richting en neiging. De resultaten worden verzameld en voorbewerkt en gaan vervolgens naar een ARM-processor die de bewegingsalgoritmen uitvoert en de communicatie naar buiten verzorgt.

 

Hoewel de FMT1010, 1020 en 1030 elk op zich kleine printjes zijn, worden ze net als componenten voor oppervlaktemontage afgeleverd op een plaat of rol. In productieomgevingen zijn ze door de plaatsingsmachine en volgende stappen in het proces op dezelfde manier te behandelen als een standaard PLCC28-bouwsteen. De sensormodulen hebben identieke contactpositionering en afmetingen, ruim 12 mm in het vierkant. Ondertussen gaat het om grotendeels zelfstandig functionerende eenheden die beweging, draaiing en rotatiesnelheid waarnemen, deze metingen intern verwerken en naar buiten toe als kant-en-klare navigatie- en positiedata presenteren.

Fairchild heeft met de blokjes een brede diversiteit aan toepassingen op het oog. Het bedrijf noemt onder andere industriële automatisering, robotica en productie- en landbouwmachines. Ook beeldstabilisatie en het horizontaal houden van platforms behoren tot de mogelijkheden. Verder kunnen ze GNSS-systemen met GPS-, Galileo-, Glonass- en/of Beidou-gebaseerde positiebepaling ondersteunen met gegist bestek aan de hand van richting- en versnellingsgegevens wanneer de satellietontvangst tijdelijk wegvalt.

Alle FMT1000-modulen hebben sensoren voor versnelling, draaiing en magnetisch veld, een verwerkingspijplijn en ARM-processor.

 

Multikopters

Diezelfde navigatie-informatie maakt dat op het gebied van consumentenelektronica de inzet in de populaire draadloos bestuurde multikopters voor de hand ligt. Vooral voor de goedkopere varianten is GNSS doorgaans een te dure oplossing. Door ze met zo'n bewegingsmodule toch zelf hun koers, hoogte, oriëntatie en eventueel ook startpositie te laten bijhouden, wordt hun manoeuvreerbaarheid sterk vereenvoudigd.

 

Het nadeel van gegist bestek is de cumulatieve fout, die ontstaat doordat steeds met relatieve gegevens wordt doorgerekend. In de FMT1000-serie zou die afwijking beperkt moeten blijven door de nauwkeurigheid van de individuele sensoren. Elk van de drie modellen is voorzien van Cortex M4 van ARM en een FIS1100 van de fabrikant zelf. In deze laatste zijn een driedimensionale versnellingsopnemer en een eveneens drieassige gyroscoop gecombineerd. Hij houdt acceleraties bij met een niet-lineariteit van 1% over zijn bereik van 8 g. De gyroscoop gaat tot 2000 graden/s en heeft een afwijking van 0,2% volle schaal en een herhaalbaarheid van 0,5 graden/s.

 

Uitvoeringen

In de FMT1010 zit tevens een 3D-magnetometer met bereik tot 1,9 gauss en een niet-lineariteit van 0,1%. Alle sensorgegevens worden verzameld in een pijplijn, AttitudeEngine genoemd, die gelijktijdig de elementaire signaalverwerking doet. Daarmee genereert deze, behalve de directe meetresultaten, afgeleide data als incrementele oriëntatie en snelheid.

In aanvulling hierop levert de FMT1020 ook hoogte-informatie. Hij doet dat met een extra algoritme, aangeduid met XKF3 en geïmplementeerd in de ARM-processor, dat de zwaartekracht uit de versnellingsmetingen haalt en zo de pure verticale bewegingen overhoudt. De FMT1030 voegt hier nog eens absolute richting- en neigingsinformatie aan toe door het magnetische noorden te berekenen en te combineren met gyroscoopdata.

 

De signaalverwerkingspijplijn bepaalt duizend maal per seconde het gegist bestek, de processor voert ze naar buiten in een tempo van 100 Hz. Lager kan ook, bijvoorbeeld als de communicatiebus - naar keuze I²C, SPI of Uart - of de rest van het systeem die snelheid niet haalt.

 

Evaluatieboard

Voor evaluatie- en ontwikkeldoeleinden met deze modules biedt Fairchild het evaluatieboard  FEBFMT1030 aan. Dit board is al voorzien van de FMT1030 module wordt geleverd met de veelomvattende  MT Software Suite en de bijbehorende usb-kabels. De softwaresuite beschikt over logging- en visualiseringsopties, intuïtieve configuratievensters en de mogelijkheid om data te exporteren voor gebruik in andere programma's.

 

www.ebv.com

www.mouser.com