鐵路檢測儀中陀螺儀的信號采集電路設計
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該系統選用的陀螺儀信號輸出電壓范圍為-3～+3 V，在實際使用中，其輸出電壓在-O．03～+O．03 V之間浮動。由于陀螺輸出的信號較弱，而選用的A／D芯片有效的轉換電壓范圍是0～3 V，所以對陀螺儀輸出信號放大10倍，并平移1．5 V，這樣就能保證信號能在A／D芯片有效的信號采集范圍內。設定陀螺輸出信號為Vin，進入A／D芯片的信號電壓為Vi，那么就有：
Vi=10×Vin+1．5 V
由于Vin輸出電壓信號很微弱，如果此處平移的1．5 V不夠精確，就會直接降低陀螺儀信號的準確性，因此對信號平移電路的設計提出了很高的要求。為此電路中采用了ADR433A芯片，盡量保證獲取1．5 V電壓的精度。根據上述分析，設計的信號采集電路如圖3所示。A／D轉換芯片采用ADS8381。本文引用地址：http://www.104case.com/article/195037.htm
3 軟件設計
3．1 軟件流程
數據采集系統軟件流程如圖4所示。系統接收到啟動命令后，開始啟動系統電路。啟動后，系統首先等待采集觸發信號。當接收到采集觸發信號時，單片機發送信號分別選取兩路A／D芯片工作，A／D芯片分別對兩路陀螺儀輸出數據進行A／D轉換。由于選用的A／D芯片的轉換速率為580 kHz，能夠在0．18 ms內完成100次數據采集，實際上每路陀螺信號采集50次求平均值，因此可以認為兩路信號是同時被采集的。然后，單片機對采集到的兩組數據分別進行數據濾波、角速度計算等處理以獲取角度數值，并把這兩組數據上傳給上位機進行后續處理。
3．2 電壓補償推導
陀螺儀在靜止狀態下輸出的電壓信號為零，當陀螺儀的姿態持續改變時，其輸出的信號也會隨之改變。基于陀螺儀的這種特性，檢測儀開始運行前默認陀螺儀輸出的電壓為0 V，并以平移的1．5 V作為相對零點。在實驗過程中發現，所采集的軌向和高低數據與理論推算值浮動較大，針對這一問題，在該系統中采用電壓補償方法進行解決。本文提出了動態電壓補償方法，提高了實際相對零點精度。在介紹這種方法的推導之前，先說明一些符號的含義。
SF：標度因數(比例系數)。
Ugyro：陀螺儀輸出信號電壓。
Ucode：理想狀態下，A／D轉換前獲取電壓轉換的二進制編碼。理想狀態下，P·Ucode=10·Ugyro+1．5 V。
注意：A／D轉換前獲取的電壓為陀螺輸出信號放大10倍且平移1．5 V后的信號。
Ucode0：實際測量條件下，A／D轉換前獲取電壓轉換的二進制編碼。
ω：陀螺輸出的角速度。ω=Ugyro／SF=(P·Ucode-1．5 V)／(10SF)。
理論上，陀螺儀輸出信號被放大10倍并平移1．5 V，陀螺輸出的信號經過單片機處理后上傳給上位機。連續狀態下陀螺儀的角度計算如下：
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