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#第七届立创电赛#基于N32G430的实时姿态仪

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简介

本项目是基于 N32G430 系列 MCU 为主控的实时姿态仪,能够采集MPU6050的姿态数据然后将其实时显示在0.96 OLED上。

简介:本项目是基于 N32G430 系列 MCU 为主控的实时姿态仪,能够采集MPU6050的姿态数据然后将其实时显示在0.96 OLED上。

开源协议

GPL 3.0

创建时间:2022-08-05 14:02:25更新时间:2022-08-29 02:22:20

描述

* 1、项目介绍


       本设计是基于N32单片机设计的项目——基于N32G430的实时姿态仪,能够采集MPU6050的姿态数据然后将其实时显示在0.96 OLED上。

       本项目的设计架构如图所示,主要由主控制器 N32G430C8L7, MPU6050 传感器,OLED 显示模块等几部分组成,能够通过 MPU6050 传感器采集原始的加速度与陀螺仪加速度,N32G430 接收到数据后换算成模块的姿态,使用 OLED 显示出来。

*2、项目属性


       本项目是在【训练营官方案例】基于N32G430的实时姿态显示的基础上进行的改进,由于个人水平有限,本作品一定存在不足,希望与大家相互交流共同进步。

 

*3、硬件部分


       硬件结构如原理图所示,其主要由主控制器 N32G430C8L7, 六轴传感器 MPU6050 ,显示模块 0.96OLED 等几部分组成。

       (1)主控制器 N32G430C8L7

         N32G430C8L7 微控制器产品采用高性能 32 位 ARM Cortex™-M4F 内核,集成浮点运算单元(FPU)和数字信号处理(DSP),支持并行计算指令。最高工作主频 128MHz,集成高达64KB 片内加密存储 Flash,并支持多用户分区权限管理,支持 16KB 的嵌入式 SRAM。内置一个内部高速 AHB 总线,两个低速外设时钟总线 APB 及总线矩阵,支持40个可复用 I/Os,提供丰富的高性能模拟接口,包括 1 个 12 位 4.7Msps ADC,支持16个外部输入通道和3个内部通道,同时提供多种数字通信接口,包括 4个U(S)ART、2个I2C、2个SPI/I2S、1个CAN 2.0B通信接口。N32G430C8L7 微控制器产品可稳定工作于-40°C 至+105°C 的温度范围,供电电压 2.4V至 3.6V,提供多种功耗模式供用。

         更多资料:国民技术-创新服务全民 (nationstech.com)

       (2)六轴传感器 MPU6050

         MPU6050是InvenSense公司推出的全球首款整合性6轴运动处理组件,相较于多组件方案,免除了组合陀螺仪与加速器时之轴间差的问题,减少了安装空间。MPU6050内部整合了3轴陀螺仪和3轴加速度传感器,并且含有一个第二 IIC 接口,可用于连接外部磁力传感器,并利用自带的数字运动处理器( DMP: Digital Motion Processor)硬件加速引擎,通过主 IIC 接口,向应用端输出完整的9轴融合演算数据。有了DMP,我们可以使用 InvenSense 公司提供的运动处理资料库,非常方便的实现姿态解算,降低了处理运算对操作系统的负荷,同时大大降低了开发难度。
         MPU6050 的特点包括
  • 以数字形式输出 6 轴或 9 轴(需外接磁传感器)的旋转矩阵、四元数(quaternion)、欧拉角格式(Euler Angle forma)的融合演算数据(需 DMP 支持)
  • 具有 131 LSBs/° /sec 敏感度与全格感测范围为± 250、± 500、± 1000 与±2000°/sec 的 3 轴角速度感测器(陀螺仪)、
  • 集成可程序控制,范围为± 2g、± 4g、± 8g 和± 16g 的 3 轴加速度传感器、
  • 移除加速器与陀螺仪轴间敏感度,降低设定给予的影响与感测器的飘移;
  • 自带数字运动处理(DMP: Digital Motion Processing)引擎可减少 MCU 复杂的融合演算数据、感测器同步化、姿势感应等的负荷;
  • 内建运作时间偏差与磁力感测器校正演算技术,免除了客户须另外进行校正的需求;
  • 自带一个数字温度传感器;
  • 带数字输入同步引脚(Sync pin)支持视频电子影相稳定技术与 GPS;
  • 可程序控制的中断(interrupt),支持姿势识别、摇摄、画面放大缩小、滚动、快速下降中断、 high-G 中断、零动作感应、触击感应、摇动感应功能;
  • VDD 供电电压为 2.5V± 5%、 3.0V± 5%、 3.3V± 5%; VLOGIC 可低至 1.8V± 5%;
  • 陀螺仪工作电流: 5mA,陀螺仪待机电流: 5uA;加速器工作电流: 500uA,加速器省电模式电流:40uA@10Hz;
  • 自带 1024 字节 FIFO,有助于降低系统功耗;
  • 高达 400Khz 的 IIC 通信接口;
  • 超小封装尺寸: 4x4x0.9mm( QFN)

         更多资料:参考数据手册

       (3)显示模块 0.96OLED

         OLED,即有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode),又称为有机电激光显示(Organic Electroluminesence Display, OELD)。因为具备轻薄、省电等特性,因此从2003 年开始,这种显示设备在MP3 播放器上得到了广泛应用,而对于同属数码类产品的DC与手机,此前只是在一些展会上展示过采用OLED 屏幕的工程样品。自2007 年后,寿命得到很大提高,具备了许多LCD 不可比拟的优势。

         本项目采用0.96寸4管脚OLED,驱动采用SSD1315,本项目采用的OLED屏幕采用IIC接口。

         IIC 接口:
         GND: 电源地
         VCC: 2.2V~5.5V
         SCL: CLK 时钟(高电平2.2V~5.5V)
         SDA: MOSI 数据(高电平2.2V~5.5V)

         注:OLED 显示屏不同于LCD,OLED 上电是没有反应的,需要程序驱动才会有显示!

         更多资料:参考数据手册(所购买模块)

 

*4、软件部分


       由于个人时间问题,软件将在之后优化整理更新……

 

*5、外壳结构


 

       出对电路的保护以及美观考虑,我使用SolidWorks绘制了一个底座,并经过了测试,STL文件将分享在工程附件位置。

注:螺丝我采用的是M2×6规格的。

 

* 6、过程视频


      bilibili视频链接:https://www.bilibili.com/video/BV1xB4y1x7sL?spm_id_from=333.999.0.0

 

设计图

原理图
PCB

BOM

IDNameDesignatorFootprintQuantity
1100nFC1,C2,C5,C9,C10,C11,C12C06037
222uFC3,C4C06032
316pFC6,C7C06032
44.7uFC8C06031
5MPU6050H1HDR-F-2.54_1X81

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