資源描述：
《基于MEMS的微型飛行器姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng).pdf》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、122傳感器與微系統(tǒng)(TransducerandMicrosystemTechnologies)2013年第32卷第2期基于MEMS的微型飛行器姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)曹曉棠，石云波，周兆英，劉紹鵬，郭奇，趙斐(中北大學(xué)電子測(cè)試技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西太原030051)摘要：利用三軸加速度計(jì)和三軸磁強(qiáng)計(jì)，設(shè)計(jì)_r基于MEMS技術(shù)的微型飛行器姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)。系統(tǒng)采用C8051F單片機(jī)進(jìn)行各傳感器的數(shù)據(jù)采集，通過串口通信將采集的信息發(fā)送到上位機(jī)，用四元數(shù)解算算法進(jìn)行數(shù)據(jù)融合和姿態(tài)解算，將俯仰角，橫滾角、航向角等信息在上位機(jī)界面上顯示出來。關(guān)鍵詞：微機(jī)電系統(tǒng)；姿態(tài)測(cè)量；上位機(jī)中圖分類號(hào)：TP217．1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼
2、：A文章編號(hào)：1000-9787(2013)02-0122-02AttitudemeasurementsystemformicroairvehiclebasedonMEMSCAOXiao—tang，SHIYun—bo，ZHOUZhao—Ying，IJUShao—peng，GUOQi，ZHAOFei(NationalKeyLaboratoryofElectronicMeasurementTechnology，NorthUniversityofChina，Taiyuan030051，China)Abstract：Usingthree—axisaccelerometerandthree—axism
3、agnetometer，anattitudemeasurementsystembasedonMEMSformicroairvehicleisdesigned．ThesystemusesC8051FMCUtocollec!datasofsensors，anddatasaresenttoupperPCbyserialcommunication，thenfourelementalgorithmisusedfordatafusionandattitudecalculation，thepitch，roll，headingangleisdisplayedontheinterfaceofupperPC．K
4、eywords：MEMS；attitudemeasurement；upperPC0引言一，可以測(cè)載體的運(yùn)動(dòng)加速度，并對(duì)加速度進(jìn)行積分，可得姿態(tài)測(cè)量在機(jī)器人、微型飛行器?的位姿控制以及人到載體的速度和位置等信息；也可以在傾斜檢測(cè)中測(cè)量靜體的姿態(tài)跟蹤等方面起著非常重要的作用。它為1{I控系統(tǒng)態(tài)加速度。等提供飛行數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更好的穩(wěn)定飛行和軌跡預(yù)測(cè)。這里以單軸加速度為例說明其測(cè)量原理。當(dāng)加速度計(jì)傳統(tǒng)的姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)主要由高精度陀螺和加速度計(jì)組成，的某一敏感軸與重力加速度方向相同時(shí)，其感應(yīng)量對(duì)應(yīng)g；體積較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。微機(jī)電系統(tǒng)(micro—electro—mechanical當(dāng)單軸加速度計(jì)的敏感軸
5、與重力加速度方向相反時(shí)，其感system，MEMS)技術(shù)是將機(jī)械裝置和集成電路集成在一個(gè)應(yīng)量為一g；當(dāng)物體姿態(tài)改變時(shí)，加速度計(jì)敏感軸隨物體轉(zhuǎn)芯片內(nèi)，具有體積小、質(zhì)量輕、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)的動(dòng)角度，則其感受到的加速度為。，如圖l所示。若定義MEMS姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)集成了加速度計(jì)與磁強(qiáng)計(jì)，利用0角如圖1所示，為單軸加速度敏感軸與水平面的夾角，敏C8051F進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過無線傳輸，將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位感軸的測(cè)量值為n，如式(1)，0角解算如式(2)機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合、姿態(tài)解算。整個(gè)電路體積小、質(zhì)量輕、功Ⅱ=-gsin0，(1)耗低、性能可靠、使用方便。1測(cè)量原理載體的姿態(tài)是相對(duì)參照系而言的，求載體的姿
6、態(tài)，即求載體坐標(biāo)系相對(duì)于地理坐標(biāo)系的姿態(tài)信息，其中涉及到坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。1．1微加速度計(jì)測(cè)姿基本原理圖1加速度計(jì)測(cè)量原理圖加速度計(jì)是慣性導(dǎo)航和制導(dǎo)系統(tǒng)的基本測(cè)量元件之Fig1Diagramofmeasurementprincipleofaccelerometer收稿日期：2012-07-04基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51075375)第2期曹曉棠，等：基于MEMS的微型飛行器姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)1230=一arcsin旦微處理器選用的是C8051F系列的單片機(jī)。它采用．(2)g8051內(nèi)核，包含ISPFlash存儲(chǔ)器和JTAG接口，功耗低，運(yùn)1．2微磁強(qiáng)計(jì)測(cè)姿基本原理算速度可達(dá)50MIPS，
7、具有24個(gè)10口，且有多種類型標(biāo)準(zhǔn)數(shù)磁強(qiáng)計(jì)是用來測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度的傳感器，在姿態(tài)測(cè)量字接口，如I。C，SPI，UART等。中多用于測(cè)量物體的方位角。建立“北一東一地”坐標(biāo)系，如數(shù)據(jù)收發(fā)模塊中，通過UART(universalasynchronousre-圖2所示。日為地球磁場(chǎng)，忽略磁偏角(大約為5。)，磁傾角ceiver／transmitter)與上位機(jī)通信。它是一種通用異步串行為。已知地磁場(chǎng)的大小約為0．5—
