CRSl0陀螺儀及其在角速率與轉角測量中的應用

摘要：針對在轉向控制過程中，需要得到運動對象運動的角速率與轉角，設計了基于LMS8962 ARM微處理器與CRSl0高精度數字式陀螺儀的角速率與轉角測量系統，描述了CRSl0的功能特點及使用方法，闡述了系統設計的原理，并給出了系統設計的硬件電路和軟件設計流程。最后將其與Crossbow Technology公司的高精度IMUAHRS500GA-226航向參考系統測得的結果進行對比分析。實驗結果為：角速率測量誤差平均為0.55 0(°)／s，轉角測量誤差還比較大。平均誤差為2．5°。測量精度有待進一步提高。
關鍵詞：CRSl0；角速度測量；轉角測量；LMS8962

微機電傳感器(MEMS)慣性傳感器在近幾年來高速發展并得到了廣泛的應用。微慣性傳感器作為一種重要的MEMS，由微型陀螺儀、微型加速度計、專用集成電路(ASIC)、嵌入式微處理器及相應的軟件組成，輸出可以包含角速度、加速度、姿態等多種信息，并且其體積小、集成度高、使用方便，在軍民等領域都得到廣泛應用。
CRSl0是Silicon SENSING公司的一款高精度的MEMS單軸陀螺儀，它是數字式輸出，輸出傳感器運動過程的角速度和傳感器工作的環境溫度。
在轉角測量方面，傳統的方法是使用角度傳感器，測量起始時間的角度值，然后相比較得到轉過的角度。在此，根據運動學原理，應用CRSl0陀螺儀，設計了一個角速度和轉角測量系統，系統配置有數據輸出接口和液晶顯示界面。

1 CRS10功能介紹及使用
CRSl0是一款高精度的數字角速率陀螺儀，集成度高，較寬的工作溫度(-40～80℃)，高帶寬和寬泛的頻率范圍，極低的角速率隨機漂移，標準5 V電壓供電，SPI數據輸出和模擬端口輸出2種輸出方式滿足各種應用不同需求。在CRSl0的默認配置是為75 Hz帶寬，±375(°)／s角速率測量訪問。用戶可根據需要，設置其角速率測量范圍和帶寬。例如可設置±75(°)／s的測量范圍，也可設置帶寬5、10、25、40、50、60和100 Hz。
CRSl0采用23 mmxl7 mmxl0 mm封裝。無論是垂直或可用水平支架可表面安裝在PCB上。其體積小，集成度高，易于安裝。可廣泛應用于汽車偏航率測定、制導和控制、平臺穩定、圖像穩定、慣性測量裝置、機器人和導航等領域。
1．1 CRSl0功能介紹
圖1(a)和圖l(b)分別是CRSl0的實物圖和功能框圖。由圖l(b)可知，在CRSl0中，MEMS陀螺儀先感知外界信號，并將信號輸出給數據采集專用集成電路，數據采集電路將處理后的信號輸出給微控制器。微控制器將得到的數據結果存入輸出寄存器。通過SPI總線，外部SPI主控器
件向CRSl0發送控制指令或者讀取。CRSl0內部設置有控制寄存器，寄存器都有默認的值，通過對控制寄存器的修改寫操作，可以改變角速率測量范圍頻率和輸出帶寬等方面的控制效果。

CRSl0測量的是平行于PCB平面的角速率。CLK_N，SPI_IN，SPI_OUT和引腳是傳感器的SPI接口，引腳是傳感器的復位引腳。A-NL_OUT是角速率的模擬輸出端口。
CRSl0的數字輸出部分還包含其工作環境的溫度值。假如在無償條件下，陀螺儀性能不佳，那么可通過使用這個溫度進行建模和補償。