SPI串行Data Flash在MEMS姿态测量系统中的应用

基于MEMS传感器的姿态测量系统以体积小、功耗低、实时性好、方便使用等优点而得到广泛应用,传感器信息除用于实时处理进行姿态解算以外,更需要长时间保存以达到校对、仿真、数值分析等多种用途。针对大容量存储在实际使用中疑难较多的问题,主要介绍了大容量Flash存储器AT45DB321D在姿态测量系统中的应用,描述了其基本性能及在姿态测量系统中的硬件连接和软件设计,重点讨论了利用单片机I/O接口模拟SPI操作以及操作指令的具体实现等问题。

小型飞行器MEMS姿态测量系统

针对目前可获得的微机电系统(micro electromechanical system,简称MEMS)惯性测量元件,提出一种用于小型飞行器的姿态测量系统实现方案,采用三轴加速度计和单轴速率陀螺构建系统,可满足飞行器加速度小于6g、角速度小于±300(°)/s的姿态测量需求。根据所选MEMS惯性传感器的特点,给出传感器的测试方案和测试结果,利用加速度计测量信息直接修正方向余弦矩阵来抑制姿态角的误差积累,并进行姿态测量试验。试验结果表明:系统以100Hz的频率更新姿态测量值,在满足姿态矩阵修正阈值的条件下,姿态测量误差小于1(°)。

捷联MEMS姿态测量系统的数据滤波分析

本文根据已经建立的MEMS阵列的捷联姿态测量系统设计了一种FIR滤波器,利用该滤波器对MEMS阵列的捷联姿态测量系统输出的姿态信号进行滤波处理。通过几组数据的对比分析,可看到该滤波器对于惯性器件输出信号的降噪效果比较显著。

一种用于振动测量的MEMS电磁式加速度计

基于电磁感应原理,设计并制备了一种用于振动测量的微机电系统(MEMS)电磁式加速度计,其具有无源、集成度高、对加工工艺精度要求低及不受温度、湿度影响等优势。首先通过有限元分析软件对加速度计敏感结构及永磁体磁场进行仿真分析,然后利用MEMS微加工工艺制备敏感结构及电磁线圈等主要部件,将加速度计芯片与嵌有永磁体的陶瓷基板进行键合封装。通过敏感结构受到振动并带动线圈相对永磁体发生位移产生电压信号。最后通过振动测试系统对电磁式加速度计的灵敏度、量程、线性度及抗过载能力等动态参量进行评估。实验结果表明,在0~3g量程范围内,加速度计可实现对63~69 Hz频率振动的测量,灵敏度最高为263 mV/g,非线性误差为3.3%,可用于恶劣环境下低g值的振动测量。

基于Mahony-EKF算法的手臂运动姿态测量系统

针对传统姿态解算方法效率迟缓、精度低下及稳定性差等问题,提出一种基于Mahony和扩展卡尔曼(EKF)相融合的算法,并开发出一种新型人体手臂姿态测量系统。首先,通过STM32微处理器采集MEMS传感器测得的数据,借助Mahony滤波器解算加速度计、磁力计和陀螺仪的数据,以此得到初步姿态四元数。其次,将初步姿态四元数作为EKF量测值,依据非重力加速度调节量测噪声协方差矩阵。然后,根据陀螺仪测得的角速度信息建立EKF状态方程,通过EKF滤波更新状态,获取解算融合后的手臂姿态数据。最后,将数据发送到上位机,通过上位机软件实时监测姿态角数据,再构建三维模型实时还原手臂的运动状态。经实验验证,应用EKF算法矫正Mahony滤波解算出的姿态数据,不仅可以使误差减小到0.5°、消除超调量和降低噪声干扰,还能有效克服传统姿态解算方法中需要大量数据集和计算时间长问题,从而抑制了随机波动,提高姿态解算精度。

大视场三维姿态角光学测量系统设计

三维姿态角光学测量通过对物体表面的光学图像处理,实现对物体的角度姿态测量;为提高目标三维姿态角光学检测的准确性,提出基于立体视觉的大视场三维姿态角光学测量系统设计方法;利用双基准平行准直光源与姿态敏感器,通过图像传感器、USB接口芯片等部件实现分割光斑、质心定位等功能;在Linux内核基础上设计信号收集、数据移植、串口通信、姿态角分析4个软件模块,同时引入立体视觉算法探究靶标点和图像像点对应关联,运用视差定理确立空间角度的三维坐标,实现大视场三维姿态角测量;实验结果证明:所建系统姿态角标定误差小、时间同步性强,测量累计时间低于15 s,具有较高的测量精度和鲁棒性,为机械设备精密部件尺寸测量提供了一种有效的技术手段。

基于创新的混合算法在列车姿态测量系统中的应用研究

本文针对列车姿态测量系统中无线传感器网络的覆盖优化难题,提出了一种创新的混合算法—PGSO。该算法融合了粒子群算法优化出色的全局搜索能力与萤火虫算法在局部精细搜索方面的优势,旨在提升列车姿态测量系统中无线传感器网络的覆盖质量。实验显示,PGSO算法较PSO和GSO更快收敛、覆盖率更高、全局搜索能力更强,在列车姿态测量场景中表现卓越,有效解决了无线传感器网络覆盖优化问题。

基于UKF的MEMS传感器姿态测量系统

针对工业和民用领域对姿态测量的需求,提出了基于MEMS加速度计、陀螺仪和磁强计的姿态测量系统,并采用无先导卡尔曼滤波(Unscented Kalm an F ilter,UKF)方法处理传感器数据。针对基于加速度计和磁强计的姿态测量方式在动态测量时不准确的问题和单独采用陀螺仪测量角度产生漂移的问题,设计了基于方向旋转矩阵的UKF滤波器:结合两种测量方式的优点,互相克服各自的不足。经过UKF处理后:在静态测试中,测量系统没有积累误差;在动态测试中,陀螺仪补偿了加速度计和磁强计测量方法的中产生的毛刺。实验结果表明,所设计的姿态系统可以达到很高的精度;通过嵌入式系统完成数据采集和滤波,姿态测量系统具有很好的实时性。

基于MEMS的微型飞行器姿态测量系统

利用三轴加速度计和三轴磁强计,设计了基于MEMS技术的微型飞行器姿态测量系统。系统采用C8051F单片机进行各传感器的数据采集,通过串口通信将采集的信息发送到上位机,用四元数解算算法进行数据融合和姿态解算,将俯仰角,横滚角、航向角等信息在上位机界面上显示出来。

基于IMEMS传感器的汽车运动姿态测量系统研究

针对传统的采用机械转子陀螺构成机械平台来测量汽车姿态方法的不足,研究开发了基于集成微机电系统(IMEMS)传感器的捷联式汽车运动姿态测量系统。该系统采用四元数法作为汽车运动姿态的解算方法,并由Kalm an滤波器完成对姿态角四元数估计误差和加速度计及角速度陀螺信号的融合,得到汽车姿态角的最优估计值,阐述了该系统硬件构成和软件设计,并通过汽车道路试验对系统的可行性进行了验证。结果表明:此测量系统能够满足汽车运动姿态测量的精度要求,是确实可行的测量系统。

基于MEMS和MR传感器的嵌入式系统姿态测量

本文介绍了一种基于新型MEMS加速度计和MR(磁阻)传感器的嵌入式姿态测量系统。通过本系统,可以获得载体的三个姿态参数:基于地球磁场的方位角,基于地球重力场的俯仰角和横滚角。

基于MEMS的微小型自主直升机姿态测量系统

本文介绍了一个基于MEMS器件的微小型直升机姿态测量系统的设计与实现.该系统以实现微小型直升机的自主飞行为目标,采用了多种MEMS器件,整个系统体积小,重量轻,便于微小型直升机搭载.文章还重点讨论了利用多种传感器进行误差校正与数据融合,从而获得满足控制系统需要的姿态参数的方法.

基于MEMS惯性传感器的微型姿态测量系统(英文)

提出了一种基于低成本MEMS惯性传感器的微型姿态测量系统,包括MEMS速率陀螺、MEMS磁强计、单轴MEMS加速度传感器.重点研究了基于扩展Kalman滤波(EKF)的姿态估计创新算法,通过速率陀螺更新误差状态四元数计算姿态角,并通过飞行方向的加速度传感器和三轴磁强计来补偿陀螺漂移和姿态角误差,利用扩展卡尔曼滤波方程消除瞬时干扰,实现高动态姿态测量.系统的仿真和高动态实验表明,姿态测量动态精度低于5°,静态精度低于0.7°.

基于MEMS的无线姿态测量系统

介绍了姿态测量的原理,设计了一种基于多MEMS的无线姿态测量系统。重点介绍了用Kalman滤波器对数据的处理过程,即利用陀螺测量值更新上一步的结果,用加速度计和地磁传感器的测量值作为观测量,修正由陀螺得到的结果。完成了硬件电路的设计和算法的编程实现。该系统具有体积小、无线传输、精度较高等特点,可用于各种载体的姿态测量与显示。

基于MEMS器件的车辆姿态测量系统开发

以车辆姿态角测量为研究对象,给出了基于MEMS(micro-electro-mechanical system)陀螺的姿态角测量原理和具体的姿态解算方法。开发了车辆姿态角实时测量系统的硬件电路和软件,实现了车辆姿态角的实时测量。精度试验表明,所开发系统的侧倾角的测量精确小于0.18°,俯仰角测量精度小于0.15°,横摆角测量精度小于2°,具有体积小、成本低、性能可靠的优点,可应用于实际工程中。

多MEMS传感器的嵌入式姿态测量系统设计

针对姿态测量在低成本、低功耗、微型化应用中的需求,设计了三轴MEMS陀螺仪、加速度计、电子罗盘与嵌入式技术相结合的姿态测量系统。介绍了系统的组成结构,设计了嵌入式姿态测量硬件电路,并实现了基于姿态计算DCM算法的程序。上位机演示表明,系统的姿态测量结果准确、动态效果好。

基于六轴MEMS器件姿态测量系统

为了解决噪声和漂移等原因造成的误差不断累积的问题,针对陀螺仪的静态性能以及加速度计的动态性能,提出了一种利用六轴MEMS器件对照相机三脚架的稳定测量系统,介绍了MEMS器件的工作原理,介绍硬件系统和软件系统,完成了基于ADXR450陀螺仪和ADXL355加速度计的检测硬件系统设计,通过传感器获取角速度加速度信息,采用不同的滤波方式对输出结果进行了分析,比较卡尔曼滤波和一阶RC数字滤波;经比较,卡尔曼滤波实时性更好,一阶RC滤波动态响应更好;实验证明,系统静态下更适用于一阶滤波,计算出姿态测量角度误差在0.104°以内,得到理想的姿态信息,能有效地提高检测目标姿态的精度。

MEMS传感器姿态测量系统的实现

采用一种基于Arduino的捷联式姿态测量系统的设计方案,分别介绍系统中传感器的选择及系统的结构,设计基于Arduino的姿态测量系统,利用ATMEL公司的Atmega328处理器为核心,完成数据采集和处理的功能。通过对硬件结构的描述分析系统中各个电路模块的功能,给出各个模块的方案,由此完成该设计的捷联式姿态测量系统。针对陀螺仪和加速计的误差,使用Kalman滤波对其进行确定性误差补偿处理。通过实验测试,对比原理样机的实测数据与补偿后结果,验证了该捷联式姿态测量系统的可靠性以及补偿方案的可行性。

基于IQPSO-EKF的多传感器融合姿态测量方法研究

为解决自动化竖井掘进设备的定位调姿精度对竖井、孔桩挖掘效率与质量的影响,提出了一种基于改进量子粒子群(IQPSO)-扩展卡尔曼滤波(EKF)的姿态测量算法,以提高微机电系统(MEMS)传感器测量精度。首先,对MEMS传感器数据进行了预处理(除噪、滤波、校准等);然后,参考现有飞行器的坐标系,建立了姿态解算模型,通过姿态角数学模型及运动学分析,构建了EFK状态方程,针对EKF方法参数估计不准确的问题,以分段混沌映射优化初始种群,引入平均位置最优值来避免陷入局部最优的IQPSO-EFK算法,优化EKF的系统、测量噪声的协方差参数;最后,对改进算法和三组姿态误差估计进行了对比实验。研究结果表明:对比三种典型目标函数,IQPSO-EFK相较于普通粒子群算法(QPSO-EFK)具有更强的寻优能力与收敛精度;对比三组旋转速度姿态测量误差,基于IQPSO-EKF算法的姿态测量方法在测量误差时比真实测量误差减少了约86.3%,比扩展卡尔曼滤波减少了约68.7%,比普通粒子群算法减少了约28.2%,证明该算法有效地提高了MEMS传感器测量精度。

基于MEMS/GPS的航向姿态测量系统设计

姿态信息是飞行控制中最关键的参数之一。针对飞行控制系统首要解决的姿态测量问题。本文利用多微机电系统(MEMS)传感器与GPS组合,研制了一种微型航向姿态测量系统。考虑在以往的姿态测量系统中,动加速度的影响限制其应用,通过设计利用GPS进行辅助修正的姿态解算算法,有效规避了运动加速度对测量精度的影响,使系统可同时满足静态情况和动态情况的使用。将试验结果与商用姿态测量产品MTI-G-700的姿态结果进行了比较,各项指标均达到系统设计的性能要求,验证了航向姿测量系统设计的有效性。