【巡检无人机姿态传感器的选取方案设计1600字】

巡检无人机姿态传感器的选取方案设计目录TOC\o"1-3"\h\u26343巡检无人机姿态传感器的选取方案设计 1207301.1MPU6050陀螺仪 157771.2AK8975磁力计 2139591.3MS5611气压计 41.1MPU6050陀螺仪MPU6050是最早的六轴传感器[26]，整合了三轴陀螺仪、三轴加速度，大大降低了外围元件的数量。MPU6050同时具有一个读取总线，可以与其他厂家的磁力计进行连接数据融合，可以直接输出九轴数据。其内建了一个温度传感器，可以通过数字信号输出，通过测量值与温度值的融合，使得输出值更加准确。并且支持可程序控制式的中断输出。由于其优异的特性，被广泛应用在现实增强、电子稳像、智能设备中。图1.14为MPU6050芯片。图1.14MPU6050芯片MPU6050包含陀螺仪与加速度计，角速度的测量使用陀螺仪，可以测的为±250、±500、±1000与±2000°/sec(dps)。加速度计顾名思义是输出加速度值的传感器，根据牛二定律，一个物体的加速度与所受到的合力正相关，与质量成反比，加速度传感器通过测量捕获而得到加速度值，本质上测量到的是力。表1.2为MPU6050传感器的产品特性。表1.2MPU6050产品特性MPU6050陀螺仪产品特性具有6轴传感器，解决了六个轴的兼容问题内置16位ADC采集，可以通过读取寄存器直接输出，实现AD转换集成片上1024字节的FIFO可以通过程序调整测量范围，加速度计的测量范围可设为±2，±4，±8，±16多种协议共存的的数据通信模式，SPI通信方式具有更高的速度集成了高精度温度传感器和振荡器芯片尺寸很小，便于集成到各种设备内部，具有抵抗外力的能力配套了DMP函数库，大大降低了MCU在姿态结算时的占用时间如图1.15所示，陀螺仪与STM32通过IIC总线进行连接，陀螺仪使用1.3V供电电压，SDA连接STM32的PB7，SCL连接STM32的PB6，MPUINT接到STM32的PD7引脚。将中断引脚配置为下降沿触发，在完成一个周期的采样后，拉低电平，通知单片机获取新的数据。图1.15MPU6050与STM32连接图1.2AK8975磁力计从上文的对陀螺仪的原理介绍中我们可以得知，陀螺仪可以准确的测得横滚角与俯仰角的真实角度，但是就偏航角而言，是通过积分的方式测得，在长时间静止的情况下会产生漂移误差。为了解决陀螺仪不准确的问题，我们需要引入磁力计进行偏航角度的矫正。AK8975为AKM公司研发的一款三轴磁力计，该模块采用高精度磁场感应技术，使用时可以不考虑干扰效果直接贴在PCB上，内置多种驱动电路，芯片尺寸大小仅仅3*3*0.9mm，芯片实物图如图1.15所示。图1.16AK8975芯片实物图芯片通过IIC通信协议与单片机进行通信[27]，，满足大部分的工业要求。STM32经过IIC协议得到磁力传感器的数据，通过拟合数据得到比较精确的横向角定位。表1.3为AK8975的电气参数。表1.3AK8975芯片电气参数AK8975电气参数工作电压2.16V~1.6V功耗正常工作状态2uA精度在±16gcuus磁场环境下具有5mgauus分辨率频率输出频率可达到160HZ工作温度-30℃~＋85℃技术特性使用AMR技术，提高了获得到的数据精确度，提升了测量数据的可靠性。在与STM32飞控的连接中，因为IIC总线下可以外挂多个设备，陀螺仪与磁力计挂载在同一IIC总线下，时钟线连接单片机的PB6，数据线连接单片机的PB7，具体连接图如图1.17所示。图1.17磁力计与STM32连接图1.3MS5611气压计气压计的设计是利用压强关系与海拔的数学关系设立的一套模型，单片机通过算法将压强与当前位置进行拟合，再根据设定好的初始值，获得自己的实时高度[28]。本课题采用MS5611数字气压高度计，实物图如图1.18所示MS5611是由MEAS公司生产的一款高精度气压计，精度达到10厘米以内。MS5611气压传感器正常状态电压为1.3v，测量范围在10~1200mbar，封装为QFN封装，可以直接贴片到电路板上。图1.18MS5611气压计实物图在出厂时，每个气压计都在实验室中进行校准，并且将相应的数据存储在FLASH中。MS5611电气参数如表1.4所述。表1.4MS5611电气参数MS5611性能描述气压分辨率10cm转换时间＜1ms工作电流工作电流1uA（待机状态＜0.15uA）QFN封装尺寸5*3*1mm供电电压1.8V~1.6V集成数字气压传感器24位ADC测量/工作范围10~1200mbar工作温度-40℃~+85℃通信接口IIC传输速率最高20MHz该传感器具有高精度压力传感器和一个高位的ADC转换处理器，同时也可以输出一个24位的数字温度值。其原理框图如图1.19所示。图1.19MS5611气压计工作原理图在本课题中，MS5611通过IIC总线与stm3