具有溫度補償的無人機高度傳感器

1．引言

無人機的高度測量傳統上一直采用靜壓傳感器作為感知手段，通過其壓差膜盒對大氣靜壓的感應，將大氣壓力轉化為模擬信號輸出，從而計算出實際的高度值[1]。由于大氣壓力的變化除了與高度變化緊密聯系外，與本地的實際溫度也密切相關，但是大部分靜壓傳感器在設計時并未考慮到實際溫度對大氣壓力的影響，這就造成了實際輸出靜壓值與真實值之間的大幅度偏差，從而影響了高度的精確計算[2]。

本文針對上述不足，提出了使用帶有溫度補償和校準系數的高靈敏度靜壓傳感器MS5534B作為無人機高度測量的傳感器件，同時考慮到無人機飛控處理器運算能力不足的實際情況，提出一種分段擬合曲線的線性算法，以較高的精度實現了無人機的高度計算。
2．系統硬件設計
2.1 MS5534B的特性

MS5534B是一種低電壓、低功耗、高精度的測壓力模塊，其中包含一個壓阻式壓力傳感器和一個15bit的ADC集成模塊，具有數字輸出功能，它可以提供16位的氣壓和溫度數字信息，壓力測量范圍10～1100mbar，分辨率為0.1mbar。另外，傳感器有六個軟件校準系數，壓力絕對精度為+/-1.5mbar，相對精度為+/-0.5mbar，并且不需再接其他外圍模塊，接口簡單，電路連接方便。該模塊尺寸很小，平面尺寸為9mmX9mm，厚度僅為3.7mm，可以在-40°C
到 +125°C環境中應用[3]。模塊的內部結構圖如圖1所示。

圖1 模塊內部結構圖
2.2 系統組成及接口連接

基于MS5534B的高度傳感器系統主要有兩部分組成：（1）MS5534B氣壓數據采集單元；（2）ARM7微處理器單元。MS5534B的主要功能就是把壓阻壓力傳感器測得的未經補償的氣壓模擬電壓輸出量轉化為16位數字的絕對氣壓值D1，同時輸出16位的絕對溫度值D2。在飛控系統中采用了32位微處理器內核的ARM7，由于其快速的運算速度和豐富的外圍接口資源，所以將MS5534B直接通過標準的SPI接口與其相連，簡化了電路設計，提高了實時性。

ARM7微處理器與氣壓傳感器間的通信通過標準SPI接口完成[4]。DOUT、DIN分別是數字輸出、輸入引腳，SCLK為串行數據時鐘，MCLK為主頻32.768kHZ的系統時鐘，由微處理器提供。MS5534B數字輸出的參考電壓是3V供電電壓，外接的4.7uF鉭電容應盡量靠近MS5534B，以保證數據轉換時的供電穩定和轉換精度。模塊實物和引腳分布圖如圖2所示。