具有溫度補償的無(wú)人機高度傳感器

1．引言

無(wú)人機的高度測量傳統上一直采用靜壓傳感器作為感知手段，通過(guò)其壓差膜盒對大氣靜壓的感應，將大氣壓力轉化為模擬信號輸出，從而計算出實(shí)際的高度值[1]。由于大氣壓力的變化除了與高度變化緊密聯(lián)系外，與本地的實(shí)際溫度也密切相關(guān)，但是大部分靜壓傳感器在設計時(shí)并未考慮到實(shí)際溫度對大氣壓力的影響，這就造成了實(shí)際輸出靜壓值與真實(shí)值之間的大幅度偏差，從而影響了高度的精確計算[2]。

本文針對上述不足，提出了使用帶有溫度補償和校準系數的高靈敏度靜壓傳感器MS5534B作為無(wú)人機高度測量的傳感器件，同時(shí)考慮到無(wú)人機飛控處理器運算能力不足的實(shí)際情況，提出一種分段擬合曲線(xiàn)的線(xiàn)性算法，以較高的精度實(shí)現了無(wú)人機的高度計算。
2．系統硬件設計
2.1 MS5534B的特性

MS5534B是一種低電壓、低功耗、高精度的測壓力模塊，其中包含一個(gè)壓阻式壓力傳感器和一個(gè)15bit的ADC集成模塊，具有數字輸出功能，它可以提供16位的氣壓和溫度數字信息，壓力測量范圍10～1100mbar，分辨率為0.1mbar。另外，傳感器有六個(gè)軟件校準系數，壓力絕對精度為+/-1.5mbar，相對精度為+/-0.5mbar，并且不需再接其他外圍模塊，接口簡(jiǎn)單，電路連接方便。該模塊尺寸很小，平面尺寸為9mmX9mm，厚度僅為3.7mm，可以在-40°C
到 +125°C環(huán)境中應用[3]。模塊的內部結構圖如圖1所示。

圖1 模塊內部結構圖
2.2 系統組成及接口連接

基于MS5534B的高度傳感器系統主要有兩部分組成：（1）MS5534B氣壓數據采集單元；（2）ARM7微處理器單元。MS5534B的主要功能就是把壓阻壓力傳感器測得的未經(jīng)補償的氣壓模擬電壓輸出量轉化為16位數字的絕對氣壓值D1，同時(shí)輸出16位的絕對溫度值D2。在飛控系統中采用了32位微處理器內核的ARM7，由于其快速的運算速度和豐富的外圍接口資源，所以將MS5534B直接通過(guò)標準的SPI接口與其相連，簡(jiǎn)化了電路設計，提高了實(shí)時(shí)性。

ARM7微處理器與氣壓傳感器間的通信通過(guò)標準SPI接口完成[4]。DOUT、DIN分別是數字輸出、輸入引腳，SCLK為串行數據時(shí)鐘，MCLK為主頻32.768kHZ的系統時(shí)鐘，由微處理器提供。MS5534B數字輸出的參考電壓是3V供電電壓，外接的4.7uF鉭電容應盡量靠近MS5534B，以保證數據轉換時(shí)的供電穩定和轉換精度。模塊實(shí)物和引腳分布圖如圖2所示。