CRS10陀螺儀及其在角速率與轉角測量中的應用

　　2．2 硬件電路設計

　　使用LMS8962與CRSl0搭建成傾角測量系統，LMS8962是一款高性能的32位Cortex-M3內核微處理器。它有豐富的片內外設，如模數轉換(ADC)，PWM，CAN和串行總線(xiàn)(SSI)等，功能強大，易于集成。

　　LMS8962與CRSl0組成的角速率和轉角測量系統硬件設計框圖如圖3所示。LMS8962通過(guò)SSI總線(xiàn)與CRSIO進(jìn)行通信。將采集到的數據存儲到SD卡中，將解算得到的結果實(shí)時(shí)在液晶顯示模塊上顯示。SD卡的數據存儲為將來(lái)的數據分析提供一個(gè)很好的數據采集平臺。SSI是串行通信總線(xiàn)，它兼容SPI總線(xiàn)。

　　2．3 軟件設計

　　圖4是系統的軟件設計流程。程序啟動(dòng)進(jìn)入系統初始化，接下來(lái)向CRSl0寫(xiě)控制指令，以設置CRSl0工作在需求的模式下，然后讀取返回的數據并進(jìn)行解算，最后通過(guò)存儲數據到SD卡中并在液晶模塊中顯示。

　　3 試驗結果

　　為了驗證系統測量角速率和轉角的效果，采用姿態(tài)與航向參考系統(attitude and heading reference system)AHRS500GA-226傳感器作為參考進(jìn)行測試。AHRS500GA-226是Crossbow Technology公司的一款高精度的IMU。將兩系統固定安裝在同一平臺上，使CRSl0測量的角速率平面與AHRS的YAW平面(航向角速率和航向角測量平面)相一致。比較兩個(gè)系統輸出的角速率和角度數據，得到如圖5所示的結果。

　　由圖中5可看出，CRSl0所測量的角速率與AHRS測量得到的角速率運動(dòng)的趨勢一致，AHRS的結果比較平滑。CRSl0有噪聲，局部陡峭。在靜止和小角速率運動(dòng)時(shí)兩者測量結果基本重合，誤差在0．1(°)／s左右。在大角度運動(dòng)和急速轉動(dòng)時(shí)，兩者的重合效果不佳，誤差較大，有達到7(°)／s。這是由于A(yíng)HRS得到的數據是經(jīng)過(guò)濾波和數據融合處理的。角度測量的趨勢一致，在局部重合的比較好。但角度測量的誤差比較大。原因在于本文使用的角度計算方法：1)使用的是原始的角速率數據，角速率沒(méi)有經(jīng)過(guò)濾波處理，噪聲較大，積分疊加到角度上得到的偏差亦較大；2)使用的是簡(jiǎn)單的積分求角度，沒(méi)有補償，沒(méi)有平滑。綜上可知，角速率測量效果比較好，角度測量可行，但算法有待提高。

　　4 結論

　　基于LMS8962 ARM微處理器與CRSl0陀螺儀的角速率與轉角測量系統角速率測量誤差平均為0．550(°)／s，最大達到7(°)／s，在小角速率測量時(shí)效果比較好。轉角測量誤差平均誤差為2．5°，測量精度有待進(jìn)一步提高。造成角度測量誤差的原因主要是沒(méi)有對得到的角速率進(jìn)行濾波和數據的融合。濾波算法和融合算法的使用和完善是該系統今后要完善的主要工作。從測量的結果來(lái)看，只要做好濾波和融合的處理，提高系統的精確性是可行的。