CRS10陀螺儀及其在角速率與轉(zhuǎn)角測(cè)量中的應(yīng)用

　　2．2 硬件電路設(shè)計(jì)

　　使用LMS8962與CRSl0搭建成傾角測(cè)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(qiáng)大，易于集成。

　　LMS8962與CRSl0組成的角速率和轉(zhuǎn)角測(cè)量系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖如圖3所示。LMS8962通過SSI總線與CRSIO進(jìn)行通信。將采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到SD卡中，將解算得到的結(jié)果實(shí)時(shí)在液晶顯示模塊上顯示。SD卡的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為將來的數(shù)據(jù)分析提供一個(gè)很好的數(shù)據(jù)采集平臺(tái)。SSI是串行通信總線，它兼容SPI總線。

　　2．3 軟件設(shè)計(jì)

　　圖4是系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程。程序啟動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)初始化，接下來向CRSl0寫控制指令，以設(shè)置CRSl0工作在需求的模式下，然后讀取返回的數(shù)據(jù)并進(jìn)行解算，最后通過存儲(chǔ)數(shù)據(jù)到SD卡中并在液晶模塊中顯示。

　　3 試驗(yàn)結(jié)果

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

　　由圖中5可看出，CRSl0所測(cè)量的角速率與AHRS測(cè)量得到的角速率運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)一致，AHRS的結(jié)果比較平滑。CRSl0有噪聲，局部陡峭。在靜止和小角速率運(yùn)動(dòng)時(shí)兩者測(cè)量結(jié)果基本重合，誤差在0．1(°)／s左右。在大角度運(yùn)動(dòng)和急速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，兩者的重合效果不佳，誤差較大，有達(dá)到7(°)／s。這是由于AHRS得到的數(shù)據(jù)是經(jīng)過濾波和數(shù)據(jù)融合處理的。角度測(cè)量的趨勢(shì)一致，在局部重合的比較好。但角度測(cè)量的誤差比較大。原因在于本文使用的角度計(jì)算方法：1)使用的是原始的角速率數(shù)據(jù)，角速率沒有經(jīng)過濾波處理，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，沒有補(bǔ)償，沒有平滑。綜上可知，角速率測(cè)量效果比較好，角度測(cè)量可行，但算法有待提高。

　　4 結(jié)論

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