10 DOF IMU(Inertial Measurement Unit)

1.       Akselerometer

Akselerometer adalah suatu alat yang digunakan untuk mengukur percepatan linear, yaitu laju perubahan kecepatan suatu benda. Percepatan diukur dalam meter per detik kuadrat (m/s2) atau gaya gravitasi (g). Gaya gravitasi tunggal di permukaan bumi adalah sebesar 9,8 m/s2, tetapi bervariasi untuk sudut elevasi ( dan akan berbeda tiap planet lain). Akselerometer berguna untuk sensor getaran pada sebuah sistem dan untuk aplikasi-aplikasi yang melibatkan orientasi. Akselerometer biasanya kita temukan pada perangkat telepon seluler dan pesawat.

Bagaimana akselerometer bekerja ?

Akselerometer adalah perangkat elektromekanis yang dapat merasakan gaya statis ataupun dinamis dari akselerasi. Kekuatan statis termasuk gravitasi, sementara kekuatan dinamis dapat mencakup getaran dan gerakan.

Akselerometer dapat mengukur percepatan pada satu, dua, atau tiga sumbu. Unit 3-axis(sumbu) menjadi lebih umum karena biaya pembuaan menjadi lebih hemat.

Umumnya, akselerometer berisi piring kapasitif internal. Beberapa di antaranya bersifat tetap, sementara yang lain melekat pada “miniscule springs” yang bergerak secara internal sebagai kekuatan percepatan yang bertindak atas sensor. Selama lempeng ini bergerak dalam hubungan satu sama lain, kapasitansi antara mereka berubah. Dari perubahan-perubahan dalam kapasitansi, percepatan dapat ditentukan.

Bagaimana Cara Mengkoneksikan Akselerometer ?

Secara umum akselerometer, koneksi dasar yang dibutuhkan untuk operasi adalah daya dan jalur komunikasi. Seperti biasa, bacalah datasheet untuk memastikan koneksi yang tepat.

Akselerometer biasanya berkomunikasi melalui koneksi Interface analog, digital, atau pulse-width modulasi (PWM).

·         Akselerometer dengan interface analog menunjukkan percepatan melalui berbagai tingkat tegangan (voltase). Nilai-nilai ini umumnya berfluktuasi antara ground dan  tingkat tegangan suplai. Sebuah ADC pada mikrokontroler kemudian dapat digunakan untuk membaca nilai ini. Akselerometer analog umumnya lebih murah daripada akselerometer digital.

·         Akselerometer dengan interface digital dapat juga berkomunikasi melalui SPI atau I2C protokol komunikasi. Akselerometer digital cenderung memiliki fungsi lebih banyak dan tidak rentan terhadap kebisingan (noise) dari akselerometer analog.

Bagaimana cara memilih akselerometeryang sesuai kebutuhan ?

·         Jarak

Kebanyakan akselerometer memiliki berbagai pilihan jarak maksimum yang dapat diukurnya. Kisaran ini dapat bervariasi dari ± 1g hingga ± 250g. Biasanya, semakin kecil jangkauan, semakin sensitif pembacaan akan dari akselerometer. Misalnya, untuk mengukur getaran kecil di atas meja, menggunakan accelerometer dengan range(jarak) kecil akan memberikan data yang lebih rinci daripada menggunakan berbagai 250g (yang lebih cocok untuk roket).

·         Fitur Tambahan

Beberapa akselerometer memiliki fitur seperti “deteksi tap” (berguna untuk aplikasi-daya rendah), deteksi terjun bebas (digunakan untuk Active Protection Hard Drive), kompensasi suhu (untuk meningkatkan akurasi dalam situasi perhitungan mati) dan 0-g kisaran penginderaan, yang merupakan fitur lain untuk mempertimbangkan ketika membeli sebuah akselerometer. Kebutuhan untuk jenis fitur pada akselerometer akan ditentukan oleh aplikasi di mana akselerometer akan digunakan.

2.       Giroskop

Giroskop adalah perangkat yang mengukur atau mempertahankan gerak rotasi. MEMS (microelectromechanical system) giro berbentuk kecil,yaitu sensor murah yang mengukur kecepatan sudut. Satuan kecepatan sudut yang diukur dalam derajat per detik (° / s) atau revolusi per detik (RPS). Kecepatan sudut hanyalah sebuah pengukuran kecepatan rotasi.

Giroskop dapat digunakan untuk menentukan orientasi dan  ditemukan di sebagian besar sistem navigasi otonom. Misalnya, jika Anda ingin menyeimbangkan robot, giroskop dapat digunakan untuk mengukur rotasi dari posisi seimbang dan mengirimkan koreksi ke motor.

Bagaimana Giroskop bekerja?

Bila ada sesuatu berputar di sekitar sumbu mereka memiliki apa yang disebut kecepatan sudut. Sebuah roda berputar dapat diukur dalam revolusi per detik (RPS) atau derajat per detik (° / s).

Kita bayangkan giroskop sebagai suatu perputaran roda. Bayangkan jika roda berputar sekali per detik. Ini akan memiliki kecepatan sudut 360 derajat per detik. Arah berputar roda juga penting. Apakah searah jarum jam di sekitar sumbu, atau itu berlawanan arah jarum jam?

Sebuah tiga sumbu MEMS giroskop, dapat mengukur rotasi sekitar tiga sumbu: x, y, dan z. Beberapa gyros memiliki varietas sumbu tunggal dan ganda, tetapi giroskop sumbu tiga dalam satu chip menjadi lebih kecil, lebih murah, dan lebih populer.

Giroskop sering digunakan pada benda-benda yang tidak berputar dengan sangat cepat sekali. Pesawat (mudah-mudahan) tidak berputar. Sebaliknya pesawat berputar beberapa derajat pada setiap sumbu. Dengan mendeteksi perubahan kecil tersebut, groskop membantu menstabilkan penerbangan pesawat. Juga, perhatikan bahwa percepatan atau kecepatan linear pesawat tidak mempengaruhi pengukuran giroskop. Giroskop hanya mengukur kecepatan sudut.

Sensor giroskop berada dalam MEMS kecil (antara 1 sampai 100 mikrometer, ukuran rambut manusia). Ketika giroskop diputar, massa beresonansi kecil digeser sebagai perubahan kecepatan sudut. Gerakan ini diubah menjadi sinyal listrik yang sangat-rendah yang dapat diperkuat dan dibaca oleh mikrokontroler.

Bagaimana cara mengkoneksikan giroskop ?

(sama halnya dengan akselerometer)

Bagaimana cara memilih giroskop ?

·         Jarak

Rentang pengukuran, atau kisaran skala penuh, adalah kecepatan sudut maksimum yang giroskop dapat baca. Pikirkan tentang apa yang Anda ukur.

·         Sensitivitas

Sensitivitas diukur dalam mV per derajat per detik (mV / ° / s). Hal ini menentukan berapa banyak perubahan tegangan untuk kecepatan sudut diberikan. Sebagai contoh, jika giroskop ditentukan dengan sensitivitas 30mV / ° / s dan Anda melihat perubahan 300mV di output, berarti Anda memutar giroskop pada 10 ° / s.

Sebuah aturan yang baik untuk diingat: sensitivitas meningkat, jarak menurun

3.       Magnetometer

Magnetometer adalah perangkat yang mengukur medan magnet Bumi, yang dapat diperkirakan sebagai nilai absolut dengan asumsi kendaraan tidak bergerak terlalu cepat. Tiga-sumbu magnetometer dapat digunakan untuk menunjukkan estimasi awal dan mengurangi Bias kompensasi giroskop. Salah satu kelemahan dari sensor magnetometer adalah bahwa diperlukan kalibrasi besi padat dan besi lunak untuk setiap kendaraan.

Bagaimana caranya bekerja ?

Ketika arus mengalir melalui kawat, medan magnet telah dibuat. Ini adalah prinsip dasar di balik elektromagnet. Ini juga merupakan prinsip yang digunakan untuk mengukur medan magnet dengan magnetometer. Arah medan magnet bumi mempengaruhi aliran elektron dalam sensor, dan perubahan-perubahan di saat ini dapat diukur dan dihitung untuk mendapatkan pos kompas atau informasi berguna lainnya.

4.       Barometer

Sensor tekanan barometrik mengukur tekanan absolut udara di sekitar mereka. Tekanan ini bervariasi dengan cuaca dan ketinggian. Tergantung pada bagaimana Anda menafsirkan data, Anda dapat memantau perubahan cuaca, mengukur ketinggian, atau tugas-tugas lain yang memerlukan pembacaan tekanan akurat.

Ada banyak proyek yang dapat menggunakan data tekanan udara. Berikut ini setidaknya beberapa alasan untuk peduli tentang tekanan. Anda mungkin pernah mendengar wartawan cuaca terjadi tentang sistem tekanan rendah dan sistem tekanan tinggi, itu karena tekanan atmosfer dapat langsung berhubungan dengan perubahan cuaca. Tekanan rendah biasanya berarti berawan, hujan, bersalju, dan cuaca umumnya jelek. Sementara tekanan tinggi umumnya berarti lebih jelas, cuaca cuaca yang lebih cerah.

Definisi tekanan adalah kekuatan "menekan" di suatu daerah. Sebuah unit umum dari tekanan pound per square inch (psi). Satu pon, menekan satu inci persegi, sama dengan satu psi. Unit SI adalah newton per meter persegi, yang disebut pascal (Pa).