首页 > 正在进行安全检测...

正在进行安全检测...

发布时间：1714317271 来源：文档文库

小中大

字号：

手机查看

ELECTRONICS WORLD・探索与观察MEMS三轴加速度传感器在飞行器姿态测量系统中的应用中国船舶重工集团公司第七一〇研究所何苗陈金花【摘要】介绍了一种基于MEMS三轴加速度传感器和STM32处理器的飞行器姿态测量系统，阐述了倾角测量原理、系统的硬件电路设计和软件设计，并介绍了加速度传感器MMA7455的校准方法。【关键词】MEMS；三轴加速度传感器；飞行器；姿态测量
0 引言在飞行器的姿态控制过程中，获得准确的飞行姿态信息是后续对飞行器进行精确控制的重要条件。而飞行姿态信息的获取主要是依靠加速度传感器、陀螺仪等各种传感器，本文介绍的姿态控制系统采用的是一种MEMS(微机电系统三轴加速度传感器，通过传感器测量得到加速度数据，再根据得到的数据进行计算就可以得到飞行器的姿态角信息。1 基本原理在地球上任何位置的物体都受到重力的作用而产生一个加速度，加速度传感器可以用来测定变化或恒定的加速度。把三轴加速度传感器固定到物体上，当物体姿态改变时，加速度传感器的敏感轴相对于重力场发生变化，加速度传感器的敏感轴输出重力在其相应方向产生的重力分量信号。在静止状态下，3个轴向的输出值为重力加速度分别在3个轴向的分量，输出值的大小与3个轴向跟竖直方向的夹角有关。测量原理如图1所示。图1 倾斜角测量原理在图1中，g为重力加速度方向，它与加速度传感器敏感轴之间的夹角为，加速度传感器在敏感轴方向测得的加速度值实际就是重力加速度在该方向上的分量，大小为： (1则该物体的倾斜角的大小为： (22 系统框图基于MEMS加速度传感器的姿态测量系统组成框图如图2所示，图中MMA7455是一种MEMS三轴加速度传感器，传感器数据通过SPI接口发送到STM32处理器进行解算，解算后的姿态角信息通过串行通信接口电路发送到飞控计算机，飞控计算机再根据收到的姿态角信息决策是否要控制舵机动作以进行姿态调整。图2 姿态测量系统组成框图3 硬件设计STM32处理器模块是姿态测量系统中的核心部分，它负责读取加速度传感器MMA7455采集到的加速度信息，并将其组织成一定格式的报文，通过串行接口电路发送到飞控计算机。这里采用的处理器型号是STM32F103RBT6，该处理器具有128 KB Flash、20 KB SRAM、2个SPI、3个串口、1个USB、1个CAN、2个12位ADC(16通道、RTC、DMA、4个16位定时器、51个可用的IO口等。MMA7455是一种低电压供电、容性微机电加速度传• 85 •
ELECTRONICS WORLD・探索与观察感器，具有三轴测量功能，可以测量物体的运动、自由落体、振动、摆动以及倾斜状态。MMA7455采用I2C或SPI接口进行数据的数字信号输出。相对于传统的模拟信号输出加速度传感器而言，数字输出的MMA7455将A/D转换放在其芯片内部完成，所以与其连接的微处理器不需具备A/D功能模块。MMA7455的引脚定义及周边电路如图3所示。图3 加速度传感器MMA7455及其周边电路4 软件设计姿态检测系统的软件由测量模式程序和校准模式程序两部分组成。 4.1 测量模式程序进入主程序后首先进行系统初始化，包括SPI口和串行口以及定时器的的初始化等。初始化完成后，向模式控制寄存器(地址为$16写入0x05，设置MMA7455为测量模式，测量量程为2g。写入后再读取该寄存器的值，若读出结果为0x05，表示MMA7455和STM32处理器的通讯正常，且模式及量程设置成功。若读出结果不正确，说明通讯故障，重新进行写入和读取，3次读取都不正确则点亮故障灯，提示用户存在硬件故障。STM32与MMA7455通信成功后，开始判断校准开关的状态，若校准开关断开，则进入测量模式。处理器从外部flash读出MMA7455的偏移校准值信息，并通过SPI接口将每个轴的偏移校准值写入相应的偏移量寄存器。4.2 校准模式程序由于MEMS传感器在焊接时其内部的微机械结构受到热应力影响，有可能会产生变形，且在焊接过程中不能保证其绝对位置，会产生偏移，导致传感器的X、Y、Z轴和飞行器的对应轴不平行，所以必须对MEMS加速度传感器进行校准。• 86 •根据MMA7455的应用笔记，该传感器可以采用以下方法进行校准消除0G偏移误差：将焊装有MEMS传感器的印制板放置在水平位置(焊接面朝下，芯片与地面水平的状态，接通加速度测试系统中的校准开关，STM32会进入校准模式程序，读取水平状态下3个轴的输出寄存器数值，将每个轴加速度寄存器的读数乘以2，再取相反数，得到需要写入到flash的校准值，并进行写入，写入完成后点亮印制板上的指示灯，断开校准开关，断电。5 测试结果将姿态测量系统放在转台上进行测试，实时显示姿态测量系统的角度测量值，并与转台的实际角度进行比对，试验结果见表1。表1 姿态测量系统俯仰角测量值与理论值角度对比表编号理论值θ(度X(gY(gZ(g输出值θ(度1000.250.950.2210-0.150.250.9410.1320-0.3300.9319.8430-0.490.220.8130.3540-0.680.190.7239.86 结束语试验结果表明，该姿态测量系统具有较高的分辨率，完全可以满足飞行器姿态控制的需求。且该系统能够根据需要在测量模式和校准模式之间进行切换，在批量生产时能保证加速度传感器输出的一致性。参考文献[1]AN3468,The MMA745xL Digital Accelerometer Application Note,Rev 1,05/2009.[2]王占平,唐小宏等.基于MEMS加速度计的飞行器姿态事吧技术研究[J].压电与声光,2007,4:224-226.[3]王嘉力,姜力,刘宏.基于三轴加速度计的多维力传感器静态自校正[J].仪器仪表学报,2008,29(2:432-435.

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/115045714b649b6648d7c1c708a1284ac9500526.html

《正在进行安全检测....doc》

将本文的Word文档下载到电脑，方便收藏和打印

推荐度：

点击下载文档

文档为doc格式

相

关

案

例

正在进行安全检测...

相关推荐

推荐内容