Апаратно-програмний модуль тестування IMU-сенсорів

Abstract

У цій дипломній роботі розглядається розробка апаратно-програмного модуля для тестування IMU-сенсорів (інерціальних вимірювальних блоків). IMU-сенсори широко використовуються у різних галузях, включаючи робототехніку, аерокосмічну промисловість, автомобілебудування, мобільні пристрої та системи навігації, для вимірювання кутової швидкості, лінійного прискорення та орієнтації. Високоточне тестування та калібрування цих сенсорів є критичними для забезпечення їх надійної та точної роботи. Мета роботи: створення модуля, який дозволяє автоматизовано та ефективно тестувати IMU-сенсори, забезпечуючи при цьому високу точність вимірювань і зниження затрат часу на калібрування. Складові роботи: 1. Вступ: Представляє загальні відомості про IMU-сенсори, їх важливість у різних галузях та актуальність розробки модуля для їх тестування. 2. Розділ 1: Аналіз вимог до апаратного та програмного забезпечення для тестування IMU-сенсорів. Визначення необхідних параметрів вимірювань, інтерфейсів зв'язку та методів обробки даних. 3. Розділ 2: Розробка апаратної частини модуля. Опис мікроконтролера, комунікаційних інтерфейсів (I2C, SPI, UART), сенсорних підсилювачів та інших допоміжних компонентів. Вибір елементів з високою точністю та надійністю. 4. Розділ 3: Створення програмного забезпечення. Мікропрограма для мікроконтролера, драйвери для взаємодії з сенсорами та алгоритми обробки даних. Методи та алгоритми для автоматичного тестування та калібрування сенсорів, включаючи методи компенсування похибок, фільтрацію шумів та обробку сигналів. 5. Висновки: Підсумовують основні результати роботи, досягнуті цілі та можливості подальшого розвитку. Результати: створено функціональний прототип апаратно-програмного модуля, який здатен ефективно тестувати та калібрувати різні типи IMU-сенсорів. Прототип успішно пройшов тестування, демонструючи високу точність та стабільність вимірювань. Запропоноване рішення дозволяє значно знизити затрати часу на тестування, підвищити точність результатів та автоматизувати процеси перевірки IMU-сенсорів. Сторінок – 65. Рисунків – 13. Таблиць – 5. Посилань – 16. Додатків – 4. This thesis deals with the development of a hardware and software module for testing IMU sensors (inertial measuring units). IMU sensors are widely used in various industries, including robotics, aerospace, automotive, mobile devices, and navigation systems, to measure angular velocity, linear acceleration, and orientation. High precision testing and calibration of these sensors is critical to ensure their reliable and accurate performance. The goal of the work: creation of a module that allows automated and efficient testing of IMU sensors, while ensuring high measurement accuracy and reducing calibration time. Component works: 1. Introduction: Provides general information about IMU sensors, their importance in various industries, and the relevance of developing a module for their testing. 2. Chapter 1: Analysis of hardware and software requirements for testing IMU sensors. Determination of some measurement parameters, communication interfaces and data processing methods. 3. Chapter 2: Development of the hardware part of the module. Description of the microcontroller, communication interfaces (I2C, SPI, UART), sense amplifiers and other auxiliary components. Selection of elements with high accuracy and reliability. 4. Chapter 3: Creating Software. Firmware for the microcontroller, drivers for interaction with sensors and data processing algorithms. Methods and algorithms for automatic sensor testing and calibration, including methods for error compensation, noise filtering, and signal processing. 5. Conclusions: Summarize the main results of the work, achieved goals and opportunities for further development. Results: a functional prototype of the hardware and software module was created, which is able to effectively test and calibrate various types of IMU sensors. The prototype was successfully tested, demonstrating high accuracy and stability of measurements. The proposed solution allows you to significantly reduce the time spent on testing, increase the accuracy of the results, and automate the processes of checking IMU sensors.