CN206670611U - 串口输出的角度测量模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型的串口输出的角度测量模块，包括稳压模块、STM8S003微控制器U2、MPU‑6050陀螺仪传感器U3、电容C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、外部晶振Y1、电阻R3、R5、R6、R7；U2的VDD连接电源并通过C8接地，U2的VSS连接电源GND，U2的PA1、PA2串联Y1，Y1的引脚1、2通过C5、C7接地。U2的NRST通过C6连接电源并通过R3接地。本实用新型将读取角度数据的模式由查询改为中断，提高了运行效率、降低了开发难度、连接方便。

Description

串口输出的角度测量模块

技术领域

本实用新型涉及一种角度测量模块，特别是涉及一种串口输出的角度测量模块。

背景技术

在航模飞行器、自动工程车、平衡车、机器人等领域通常都需要对角度或角速度进行测量，用以实现姿态矫正、方向判断、位置判断、保持平衡等，而现有技术中用于实现角度与角速度测量的传感器是陀螺仪。随着电子技术的不断进步，芯片级陀螺仪得到了快速的发展，其中MPU-6050作为一款体积小、价格低、精度高的陀螺仪传感器被广泛应用。MPU-6050采用I2C通信接口，需要主控制器快速频繁地访问芯片以获取角度数据，而且要对采集的数据进行滤波处理。这不仅增加了开发的技术难度，不利于开发者快速上手；而且这种不间断的查询方式会大量占用主控制器的运行资源，降低整个系统的运行效率；另外，MPU-6050的供电电压为3.3V，当5V供电的主系统使用时需要设置3.3V稳压电路。

因此，如何提高MPU-6050的运行效率、并降低其开发难度，就成了值得解决的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提出一种串口输出的角度测量模块的技术方案，并通过以下技术方案实现。

本实用新型提供一种串口输出的角度测量模块，包括稳压模块、STM8S003微控制器U2、MPU-6050陀螺仪传感器U3、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、外部晶振Y1、电阻R3、上拉电阻R5、上拉电阻R6、以及电阻R7；所述U2的电源引脚VDD同时连接所述稳压模块的电源输出端和所述C8的一端，所述C8的另一端接地，U2的VSS引脚连接电源GND，U2的第5引脚PA1、第6引脚PA2之间串联所述Y1，所述Y1的引脚1和引脚2分别连接所述C5、C7的一端，所述C5、C7的另一端接地。U2的NRST引脚同时连接所述C6、R3的一端，所述C6的另一端连接所述稳压模块的电源输出端，所述R3的另一端接地。U2的第2引脚TXD、第3引脚RXD分别与外部串口的RXD端、TXD端连接，U2的第12引脚SCL同时连接所述U3的SCL引脚和所述R5的一端，所述U2的第11引脚SDA同时连接所述U3的SDA引脚和所述R6的一端，所述R5、R6的另一端均连接所述稳压模块的电源输出端。所述U3的VDD引脚同时连接所述稳压模块的电源输出端和所述C12的一端，所述C12的另一端接地。U3的VLOGC引脚同时连接所述稳压模块的电源输出端和所述C9的一端。U3的CLKIN引脚和AD0引脚均连接电源GND，U3的REGOUT引脚、FSYNC引脚、CPOUT引脚分别连接所述C11的一端、所述R7的一端、所述C10的一端，所述C9、C11、R7、C10的另一端均接地。

电容C8、电容C9、电容C12均起滤波作用，电容C5、C7起协助起振与稳定振荡的作用，电容C6和电阻R3构成复位电路，起到上电自动复位作用。U2的第4引脚NRST为复位引脚；U2的第11脚为I2C的串行数据SDA引脚，该引脚连接MPU-6050陀螺仪传感器U3总线的SDA引脚；U2的第12引脚为I2C总线的SCL引脚，该引脚连接MPU-6050陀螺仪传感器U3的I2C总线的串行时钟SCL引脚。U3的第1脚CLKIN为可选外部时钟输入引脚，没有连接外部时钟，直接连接电源GND；U3的第9脚AD0为I2C从机地址，直接连接电源GND；U3的第10脚REGOUT为校准滤波电容连线；U3的第11脚FSYNC为帧同步输入引脚；U3的第20脚CPOUT为电荷泵电容连线；U3的第23脚为I2C串行时钟总线SCL；U3的第24脚为I2C串行数据总线SDA。

使用时，模块上电初始化，将STM8S003微控制器U2的I2C总线SCL和SDA连接MPU-6050陀螺仪传感器U3的SCL和SDA总线，利用STM8S003微控制器U2内部预置的驱动程序来驱动MPU-6050陀螺仪传感器U3，并通过I2C总线实时读取MPU-6050陀螺仪传感器U3采集的角速度数据。STM8S003微控制器U2利用内部集成的姿态解算器，将数据进行动态卡尔曼滤波处理，在动态环境下准确生成模块当前的角度姿态数据，并通过UART串口向主控制器输出。STM8S003微控制器U2根据预设的不同指令，可以选择不同的数据输出模式：连续从串口输出角度姿态数据；或者由当前姿态数据计算得出姿态是否发生改变，在发生改变时才输出相应的变化量。在第二种数据输出模式（即变化量输出模式）下，对主控制系统来说，角度姿态数据的获取方式由查询改为中断，可以节约主控制器的运行资源，提高运行效率，同时还能降低开发难度。另外，本实用新型的串口输出的角度测量模块自带稳压电路，可以兼容3.3V/5V的嵌入式系统，连接方便。

本实用新型还可以通过以下技术方案进一步优化。

优选的，本实用新型的串口输出的角度测量模块，还包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、电阻R1、电阻R2、以及电阻R4，所述U2的第18引脚PD1、第19引脚PD2、第20引脚PD3分别连接所述D3、D2、D1的负极，所述D3、D2、D1的正极分别连接所述R1、R2、R4的一端，所述R1、R2、R4的另一端连接所述稳压模块的电源输出端。当MPU-6050陀螺仪传感器U3姿态发生改变时，STM8S003微控制器U2分别控制代表航向角、俯仰角、翻滚角的三个LED灯二极管D1、二极管D2、二极管D3闪烁，用以直观的表示某个角度发生变化。进一步优选的，所述R1、R2、R4的阻值相等。所述R1、R2、R4的阻值优选为1千欧。

优选的，所述稳压模块包括ASM1117-3.3V稳压芯片U1、电容C1、电容C2、电容C3、以及电容C4，所述U1的电源输入引脚IN连接所述C1、C2的一端，U1的电源输出引脚OUT连接所述C3、C4的一端，所述C1、C2、C3、C4的另一端以及U1的GND引脚均接地，所述U1的引脚IN和引脚OUT即为所述稳压模块的电源输入端和电源输出端。进一步优选的，所述C1、C3的容值相等，所述C2、C4的容值相等。所述C1、C3的容值优选为10微法，所述C2、C4的容值优选为0.1微法。ASM1117-3.3V稳压芯片U1用于将外部输入电压稳到系统所需的3.3V，U1的第1引脚IN为电源输入引脚，C1、C2这两个电容起滤波组作用，保证输入端电源平稳。U1第2引脚OUT为电源输出引脚，C3、C4这两个电容也是起到滤波作用，保证输出电源平稳。

优选的，所述C6、C8、C9、C11、C12的容值均为0.1微法，所述C5、C7的容值均为20皮法，所述C10的容值为2.2纳法；所述Y1的频率为8兆赫；所述R3的阻值为4.7千欧，所述R5、R6、R7的阻值均为1千欧。

与现有技术相比，本实用新型的串口输出的角度测量模块至少具有以下有益效果：

1、采用先进的数字滤波技术，能有效降低测量噪声，稳定性极高，测量精度可达0.01度。

2、将读取MPU-6050角度姿态数据的模式由查询改为中断，可以节约主控制器的运行资源，提高运行效率。

3、数据通过串口方式输出，改善了一些低性能单片机不适合驱动MPU-6050的状况，扩大了其应用范围。

4、不需要操作者了解I2C协议和MPU-6050复杂的原始数据，只需要直接接收串口发送的数据即可，有效降低了开发难度；同时，模块保留了MPU6050的I2C接口，可以满足高级用户希望访问底层测量数据的需求。

5、模块内部自带稳压电路，可以兼容3.3V/5V的嵌入式系统，连接方便。

附图说明

图1为本实用新型一种实施例的系统工作流程图；

图2为本实用新型一种实施例的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的说明

实施例：

如图1和图2所示，本实施例的串口输出的角度测量模块包括ASM1117-3.3V稳压芯片U1、STM8S003微控制器U2、MPU-6050陀螺仪传感器U3、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、外部晶振Y1、二极管D1、二极管D2、二极管D3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、上拉电阻R5、上拉电阻R6、以及电阻R7。

所述U1的电源输入引脚IN连接所述C1、C2的一端，U1的电源输出引脚OUT连接所述C3、C4的一端，所述C1、C2、C3、C4的另一端以及U1的GND引脚均接地。

所述U2的电源引脚VDD同时连接所述U1的引脚OUT和所述C8的一端，所述C8的另一端接地，U2的VSS引脚连接电源GND，U2的第5引脚PA1、第6引脚PA2之间串联所述Y1，所述Y1的引脚1和引脚2分别连接所述C5、C7的一端，所述C5、C7的另一端接地。U2的NRST引脚同时连接所述C6、R3的一端，所述C6的另一端连接所述U1的引脚OUT，所述R3的另一端接地。U2的第2引脚TXD、第3引脚RXD分别与外部串口的RXD端、TXD端连接，U2的第12引脚SCL同时连接所述U3的SCL引脚和所述R5的一端，所述U2的第11引脚SDA同时连接所述U3的SDA引脚和所述R6的一端，所述R5、R6的另一端均连接所述U1的引脚OUT。所述U2的第18引脚PD1、第19引脚PD2、第20引脚PD3分别连接所述D3、D2、D1的负极，所述D3、D2、D1的正极分别连接所述R1、R2、R4的一端，所述R1、R2、R4的另一端连接所述U1的引脚OUT。

所述U3的VDD引脚同时连接所述U1的引脚OUT和所述C12的一端，所述C12的另一端接地。U3的VLOGC引脚同时连接所述U1的引脚OUT和所述C9的一端。U3的CLKIN引脚和AD0引脚均连接电源GND，U3的REGOUT引脚、FSYNC引脚、CPOUT引脚分别连接所述C11的一端、所述R7的一端、所述C10的一端，所述C9、C11、R7、C10的另一端均接地。

所述C1、C3的容值为10微法，所述C2、C4的容值为0.1微法，所述C5、C7的容值均为20皮法，所述C10的容值为2.2纳法，所述C6、C8、C9、C11、C12的容值均为0.1微法；所述R1、R2、R4、R5、R6、R7的阻值均为1千欧，所述R3的阻值为4.7千欧，所述Y1的频率为8兆赫。

本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请实质相同或相近似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种串口输出的角度测量模块，其特征在于：包括稳压模块、STM8S003微控制器U2、MPU-6050陀螺仪传感器U3、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、外部晶振Y1、电阻R3、上拉电阻R5、上拉电阻R6、以及电阻R7；

所述U2的电源引脚VDD同时连接所述稳压模块的电源输出端和所述C8的一端，所述C8的另一端接地，U2的VSS引脚连接电源GND，U2的第5引脚PA1、第6引脚PA2之间串联所述Y1，所述Y1的引脚1和引脚2分别连接所述C5、C7的一端，所述C5、C7的另一端接地，U2的NRST引脚同时连接所述C6、R3的一端，所述C6的另一端连接所述稳压模块的电源输出端，所述R3的另一端接地，U2的第2引脚TXD、第3引脚RXD分别与外部串口的RXD端、TXD端连接，U2的第12引脚SCL同时连接所述U3的SCL引脚和所述R5的一端，所述U2的第11引脚SDA同时连接所述U3的SDA引脚和所述R6的一端，所述R5、R6的另一端均连接所述稳压模块的电源输出端；

所述U3的VDD引脚同时连接所述稳压模块的电源输出端和所述C12的一端，所述C12的另一端接地，U3的VLOGC引脚同时连接所述稳压模块的电源输出端和所述C9的一端，U3的CLKIN引脚和AD0引脚均连接电源GND，U3的REGOUT引脚、FSYNC引脚、CPOUT引脚分别连接所述C11的一端、所述R7的一端、所述C10的一端，所述C9、C11、R7、C10的另一端均接地。

2.如权利要求1所述的串口输出的角度测量模块，其特征在于：还包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、电阻R1、电阻R2、以及电阻R4，所述U2的第18引脚PD1、第19引脚PD2、第20引脚PD3分别连接所述D3、D2、D1的负极，所述D3、D2、D1的正极分别连接所述R1、R2、R4的一端，所述R1、R2、R4的另一端连接所述稳压模块的电源输出端。

3.如权利要求1所述的串口输出的角度测量模块，其特征在于：所述稳压模块，包括ASM1117-3.3V稳压芯片U1、电容C1、电容C2、电容C3、以及电容C4，所述U1的电源输入引脚IN连接所述C1、C2的一端，U1的电源输出引脚OUT连接所述C3、C4的一端，所述C1、C2、C3、C4的另一端以及U1的GND引脚均接地，所述U1的引脚IN和引脚OUT即为所述稳压模块的电源输入端和电源输出端。

4.如权利要求2所述的串口输出的角度测量模块，其特征在于：所述R1、R2、R4的阻值相等。

5.如权利要求3所述的串口输出的角度测量模块，其特征在于：所述C1、C3的容值相等，所述C2、C4的容值相等。

6.如权利要求4所述的串口输出的角度测量模块，其特征在于：所述R1、R2、R4的阻值均为1千欧。

7.如权利要求5所述的串口输出的角度测量模块，其特征在于：所述C1、C3的容值均为10微法，所述C2、C4的容值均为0.1微法。

8.如权利要求1~7任一项所述的串口输出的角度测量模块，其特征在于：所述C6、C8、C9、C11、C12的容值均为0.1微法，所述C5、C7的容值均为20皮法，所述C10的容值为2.2纳法；所述Y1的频率为8兆赫；所述R3的阻值为4.7千欧，所述R5、R6、R7的阻值均为1千欧。