ADIS16355的汽車(chē)二自由度數據采集系統設計

摘要：為了得到汽車(chē)在行駛過(guò)程中的橫擺角速度與側向加速度，設計了基于A(yíng)RM微控制器和ADIS16355傳感器的數據采集系統。介紹了該采集系統的工作原理和ADIS16355的SPI通信協(xié)議。采用實(shí)車(chē)實(shí)驗的方法得到了汽車(chē)的橫擺角速度與側向加速度，并且通過(guò)統計方法對采集到的數據進(jìn)行了分析。選用卡爾曼濾波方法對采集的數據進(jìn)行了濾波，成功地濾除了白噪聲，實(shí)驗證明得到的數據是可靠的。
關(guān)鍵詞：ADIS16355；數據采集系統；SPI；卡爾曼濾波

引言
汽車(chē)的二自由度橫擺角速度與側向加速度這兩個(gè)參數對汽車(chē)的穩定性分析具有重要作用，是汽車(chē)主動(dòng)安全的重要組成部分，可以通過(guò)預測與實(shí)測兩種方式獲得。為了得到更真實(shí)的數據，本文設計了基于A(yíng)RM微控制器和ADIS16355傳感器的數據采集系統，通過(guò)實(shí)車(chē)測試得到了汽車(chē)的橫擺角速度與側向加速度的數據，分析了干擾源，并且對數據采用卡爾曼濾波方法進(jìn)行處理。

1 系統工作原理
ADIS16355傳感器裝在接近汽車(chē)的中心位置上(接近汽車(chē)的質(zhì)心位置)，建立汽車(chē)的三維坐標系如圖1所示。

即相當于從控制器的從機選擇端，在通信過(guò)程中要使它一直保持低電平，處于有效狀態(tài)；然后，通過(guò)主控制器把需要采集信號的地址發(fā)送到從控制器中。SPI時(shí)序圖如圖4所示。

然而汽車(chē)運行中不可避免會(huì )受到其他因素的干擾，采集到的數據可能存在一定程度上的失真性，因此需要找出干擾源的類(lèi)型，從而選擇適當的方法把雜波濾掉，得到相對準確的數據。為此設計汽車(chē)怠速與正常運行兩種模式。汽車(chē)在怠速狀態(tài)下，由于汽車(chē)是相對靜止狀態(tài)，理論上測到的汽車(chē)橫擺角速度與側向加速度為0，然而由于存在其他的干擾因素，因而實(shí)際測得的數據并不為0。通過(guò)對測試數據的分析可以得到干擾源的類(lèi)型，從而根據干擾類(lèi)型而設計出相應的濾波方式。下面分別就汽車(chē)的怠速模式與正常運行模式兩種運動(dòng)方式具體分析。
3．1 汽車(chē)怠速模式
汽車(chē)怠速模式是指發(fā)動(dòng)機處于啟動(dòng)狀態(tài)，但是汽車(chē)處于停止不前的狀態(tài)，可以測得相應的數據。這里以汽車(chē)的橫擺角速度數據進(jìn)行分析，取了2500個(gè)采樣點(diǎn)，利用數據的統計特性對數據分別求均值、協(xié)方差與功率譜密度，求得的均值為-7．7682e-005，近似為0。為了直觀(guān)，把采集到的源數據、協(xié)方差與功率譜密度通過(guò)MATLAB作圖的方式顯示出來(lái)，如圖6所示。

由圖可知，自相關(guān)函數只有在橫坐標為0時(shí)候才有取值，功率譜密度分布比較均勻，而且采集到的數據均值近似為0，這與高斯白噪聲的統汁特性相似，因而斷定干擾源類(lèi)型為高斯白噪聲。
3．2 汽車(chē)正常運行模式
汽車(chē)正常運行模式是汽車(chē)勻速行駛在水平、下燥、水泥路面上，測得此時(shí)的汽車(chē)橫擺角速度與側向加速度。從傳感器采集到的數據不可避免地受到干擾源的影響，由上面給出的結論可知干擾源類(lèi)型為白噪聲?？柭鼮V波前的數據與濾波后的數據如圖7所示?？柭鼮V波對白噪聲具有很好的濾波能力，它的濾波原理是最小均差原理，并且當前的數據只與前一個(gè)數據有關(guān)，數據存儲量小，有利于計算機求解，所以選用卡爾曼濾波方式對采集到的數據進(jìn)行濾波，從而得到相對準確的數據。這里采集了10 000個(gè)數據點(diǎn)。

由圖7可以看到，通過(guò)卡爾曼濾波后，曲線(xiàn)更加平滑，有效地剔除了雜波，從而為控制系統提供更準確的數據。

結語(yǔ)
本文采用ARM微控制器和ADIS16355傳感器設計了一種數據采集系統，不但能夠采集汽車(chē)的橫擺角速度與側向加速度兩個(gè)參數，而且用卡爾曼濾波方式對采集到的數據濾掉了雜波，使得到的數據更為準確。經(jīng)分析表明，該設計方案是可行的。這種數據采集系統在汽車(chē)主動(dòng)安全方面有很好的應用價(jià)值，能為汽車(chē)穩定性分析供準確的數據。