基于AT89S52的MEMS陀螺信號采集與處理系統(tǒng)設(shè)計

3 測試結(jié)果
完成硬件平臺搭建和軟件程序設(shè)計后，室溫下對系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)測量，通過改變溫度，分析角度的漂移；在小型旋轉(zhuǎn)平面上進(jìn)行動態(tài)測試，分析線性加速度的變化，針對過大的漂移率現(xiàn)象，進(jìn)行自校準(zhǔn)，再測量。
靜態(tài)測試，在室溫下，由液晶屏顯示輸出溫度為
+21.36 ℃，輸出角度有不超過0.02°/s的漂移率。當(dāng)把陀螺儀溫度提高到50 ℃時，顯示溫度為+50.07 ℃，陀螺角度出現(xiàn)單向漂移現(xiàn)象，輸出角度大約為0.72°/min漂移率。經(jīng)過軟件自校準(zhǔn)后，角度漂移較穩(wěn)定變化，單漂移現(xiàn)象消除。
動態(tài)測試，對三軸加速度計的測試采用重力場1 gn試驗方法[8]，安裝方法如圖5所示，將加速度計通過卡具安裝在位置轉(zhuǎn)臺上，使加速度計的輸入軸在鉛垂平面內(nèi)相對重力加速度轉(zhuǎn)動。

使位置轉(zhuǎn)臺在360°范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，由圖5可知，敏感軸上的加速度分量為[9]：
a=gn·sinθ (1)
式中a為敏感軸上的加速度；θ為加速度計敏感軸與水平方向間的夾角。由式(1)可知，當(dāng)位置轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動時，加速度計敏感軸上的重力加速度分量呈正弦關(guān)系變化，加速度計的輸出也呈正弦關(guān)系變化。在知道敏感軸與水平方向的夾角后，就可以計算出加速度計所感應(yīng)到的加速度大小[8]。
測試采取十二位置測試方法，即每間隔30°測量一次，首先需要確定機(jī)械零點，即試驗前要確保初始狀態(tài)的敏感軸與水平方向間夾角為0°，確定機(jī)械零位一般采用四點法[9]，測量當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭n（如長春重力加速度為9.801 m/s2）,由公式(1)可以計算出十二位置點的重力加速度分量值，選取部分測試點與本系統(tǒng)顯示的加速度值對比，分析絕對誤差如表1所示。

由表1知，在常溫下測量的ADIS16355加速度計 系統(tǒng)顯示的值與理論值絕對誤差在轉(zhuǎn)臺限定的誤差范圍之內(nèi)，并且滿足ADIS16355線性加速度精度誤差為2.522 mg/LSB(約為0.024 7 m/s2)的要求，加上溫度補(bǔ)償可以進(jìn)一步提高測量精度。
本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要存在以下誤差：一方面是由陀螺儀自身出廠工藝缺陷、結(jié)構(gòu)、工作模式等形成的各種漂移；另一方面是由重力場、磁場、檢測電路干擾、系統(tǒng)安裝不平衡引起的陀螺輸出偏差。對于以上誤差中確定性誤差可以采用標(biāo)定測試、自檢校準(zhǔn)和溫度補(bǔ)償來減小，對于不確定性誤差采用統(tǒng)計方法統(tǒng)計變化規(guī)律和有效系統(tǒng)辨識方法來處理。
ADIS16355 iSensor是一款完整的三軸陀螺儀與三軸加速計慣性檢測系統(tǒng)。本文以AT89S52單片機(jī)為核心控制器件，只需要很少的外圍電路，采用KeilC51軟件編寫程序，實時存儲采集的數(shù)據(jù)并經(jīng)LCD顯示，通過靜態(tài)溫度和角度測試及重力加速度試驗測試表明，該系統(tǒng)具有較高的精度和實時性。最后對系統(tǒng)存在的誤差進(jìn)行分析。本文設(shè)計的MEMS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有精度高、成本低、操作簡單、使用方便，在陀螺儀的實際應(yīng)用中存在較大的市場價值。
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