CRSl0陀螺儀及其在角速率與轉(zhuǎn)角測量中的應(yīng)用
1.2 CRS10使用方法
1.2.1 CRS1O硬件建接
CRSl0的SPI接口與各種微處理器SPI主控制器件接線如圖2所示。SPI總線的時鐘頻率最高可達到2.5 MHz,建議采用1 MHz。本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/195235.htm
1.2.2 CRSl0數(shù)據(jù)讀寫與數(shù)據(jù)處理
通過SPI總線,可以對CRSl0進行讀寫操作??梢愿鶕?jù)設(shè)計要求設(shè)置控制寄存器的值達到控制效果,也可以使用寄存器的默認設(shè)置??刂浦噶钣?個字節(jié)狀態(tài)位,4個字節(jié)的數(shù)據(jù)位和1個字節(jié)的校驗位共6個字節(jié)組成。向CRSl0寫控制指令時,只要將指令串通過SPI總線發(fā)送給CRSl0即可。
讀取CRSl0輸出的數(shù)據(jù)時,從總線上讀取到的是6個字節(jié)的數(shù)據(jù),依次是:1個字節(jié)的狀態(tài)位,2個字節(jié)的角速率數(shù)據(jù)位,2個字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)位和1個字節(jié)的校驗位。
角速率值(RATE_OUT)和溫度值(TEMP_OUT)輸出的數(shù)據(jù)格式均為16位二進制的補碼,可以使用式(1)進行解算:
式中,DATA_VALUE為寄存器的輸出數(shù)據(jù),VALUE為轉(zhuǎn)換后實際的測量量的值,Scale為寄存器值最小值代表的最小單位,n為對應(yīng)寄存器的數(shù)據(jù)位數(shù)。
在這里有一個小技巧,由于數(shù)據(jù)是16位二進制補碼類型,可以使用數(shù)據(jù)類型為整型(int)存儲數(shù)據(jù),這樣亦可以省略其中的數(shù)據(jù)處理過程。
2 角速率和轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)設(shè)計
這里給出了基于LMS8962與CRSl0的傾角測量系統(tǒng)的原理與設(shè)計。
2.1 轉(zhuǎn)角測量原理
CRSl0是測量其所在PCB平面的角速率。根據(jù)運動學(xué)原理,角度等于角速率在時間上的積分,因此,可以得到轉(zhuǎn)角與角速率的關(guān)系:
式中,θ是當(dāng)前角度,θo是運動初始時的初始轉(zhuǎn)角,ω為角速率,to為初始時刻,t為當(dāng)前時刻。
在數(shù)字系統(tǒng)中,采用其離散型方程:
式中,θ、θo、ω的含義與式(2)相同,△t表示采樣數(shù)據(jù)的時間間隔。
根據(jù)上述原理,利用CRSl0設(shè)計測量轉(zhuǎn)角系統(tǒng)。只要保證采樣頻率夠快,轉(zhuǎn)角平臺穩(wěn)定,噪聲較小即可。
2.2 硬件電路設(shè)計
使用LMS8962與CRSl0搭建成傾角測量系統(tǒng),LMS8962是一款高性能的32位Cortex-M3內(nèi)核微處理器。它有豐富的片內(nèi)外設(shè),如模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC),PWM,CAN和串行總線(SSI)等,功能強大,易于集成。
LMS8962與CRSl0組成的角速率和轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖如圖3所示。LMS8962通過SSI總線與CRSIO進行通信。將采集到的數(shù)據(jù)存儲到SD卡中,將解算得到的結(jié)果實時在液晶顯示模塊上顯示。SD卡的數(shù)據(jù)存儲為將來的數(shù)據(jù)分析提供一個很好的數(shù)據(jù)采集平臺。SSI是串行通信總線,它兼容SPI總線。
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