CRS10陀螺儀及其在角速率與轉角測量中的應用

　　2．2 硬件電路設計

　　使用LMS8962與CRSl0搭建成傾角測量系統，LMS8962是一款高性能的32位Cortex-M3內核微處理器。它有豐富的片內外設，如模數轉換(ADC)，PWM，CAN和串行總線(SSI)等，功能強大，易于集成。

　　LMS8962與CRSl0組成的角速率和轉角測量系統硬件設計框圖如圖3所示。LMS8962通過SSI總線與CRSIO進行通信。將采集到的數據存儲到SD卡中，將解算得到的結果實時在液晶顯示模塊上顯示。SD卡的數據存儲為將來的數據分析提供一個很好的數據采集平臺。SSI是串行通信總線，它兼容SPI總線。

　　2．3 軟件設計

　　圖4是系統的軟件設計流程。程序啟動進入系統初始化，接下來向CRSl0寫控制指令，以設置CRSl0工作在需求的模式下，然后讀取返回的數據并進行解算，最后通過存儲數據到SD卡中并在液晶模塊中顯示。

　　3 試驗結果

　　為了驗證系統測量角速率和轉角的效果，采用姿態與航向參考系統(attitude and heading reference system)AHRS500GA-226傳感器作為參考進行測試。AHRS500GA-226是Crossbow Technology公司的一款高精度的IMU。將兩系統固定安裝在同一平臺上，使CRSl0測量的角速率平面與AHRS的YAW平面(航向角速率和航向角測量平面)相一致。比較兩個系統輸出的角速率和角度數據，得到如圖5所示的結果。

　　由圖中5可看出，CRSl0所測量的角速率與AHRS測量得到的角速率運動的趨勢一致，AHRS的結果比較平滑。CRSl0有噪聲，局部陡峭。在靜止和小角速率運動時兩者測量結果基本重合，誤差在0．1(°)／s左右。在大角度運動和急速轉動時，兩者的重合效果不佳，誤差較大，有達到7(°)／s。這是由于AHRS得到的數據是經過濾波和數據融合處理的。角度測量的趨勢一致，在局部重合的比較好。但角度測量的誤差比較大。原因在于本文使用的角度計算方法：1)使用的是原始的角速率數據，角速率沒有經過濾波處理，噪聲較大，積分疊加到角度上得到的偏差亦較大；2)使用的是簡單的積分求角度，沒有補償，沒有平滑。綜上可知，角速率測量效果比較好，角度測量可行，但算法有待提高。

　　4 結論

　　基于LMS8962 ARM微處理器與CRSl0陀螺儀的角速率與轉角測量系統角速率測量誤差平均為0．550(°)／s，最大達到7(°)／s，在小角速率測量時效果比較好。轉角測量誤差平均誤差為2．5°，測量精度有待進一步提高。造成角度測量誤差的原因主要是沒有對得到的角速率進行濾波和數據的融合。濾波算法和融合算法的使用和完善是該系統今后要完善的主要工作。從測量的結果來看，只要做好濾波和融合的處理，提高系統的精確性是可行的。