三轴惯性传感器ADISl6355在姿态检测中的应用
摘要：介绍了ADI公司的三轴惯性测量传感器ADISl6355的功能、结构和特点。基于STM32F103VB单片机设计了硬件电路，对该传感器数据进行采集，并利用无线数据传输模块把数据发送回计算机。使用该电路对四轴飞行器姿态进行检测，根据实验数据，利用两种不同的方法实现了飞行器姿态的估计。
关键词：ADISl6355；四轴飞行器；姿态检测
引言
四轴飞行器是一种具有4个对称旋翼的直升机，具有垂直起降、结构简单、操纵方便、机动灵活等优点。随着传感器技术和控制理论的不断发展，尤其是微电子和微机械技术的逐步成熟，使四轴飞行器的自主飞行控制得以实现。姿态控制是四轴飞行器飞行控制系统的基础，而姿态的检测是姿态控制的关键，姿态检测的精确程度直接决定了姿态控制的效果。ADI公司的三轴惯性测量传感器ADISl6355是一个由三轴陀螺和三轴加速度计组成的惯性感应系统。它能够准确地检测运动物体绕三个轴向的角速度和线加速度，在导航与控制、平台稳定、运动控制、图像稳定、机器人等领域有着广泛的应磁环电感器用。本文利用ST公司的STM32F103VB单片机对ADISl6355的数据进行采集，通过无线数据传输模块把传感器数据发送回计算机，并对四轴飞行器的姿态进行了估计与分析。
1 惯性测量传感器ADISl6355
ADISl6355是ADI公司推出的一款具有-40～85℃温度范围内校准、SPI接口输出的六自由度惯性测量传感器，出厂前已经对产品的零偏和灵敏度进行了全温校准。ADISl6355具有三轴陀螺和三轴加速度计。三轴陀螺和加速度计具有14位分辨率，陀螺的测量范围可配置为±75°／s、±150°／s、±300°／s，加速度计的测量范围为±10g，传感器带宽达350 Hz。ADISl6355的输出零偏稳定性为0．015°／s，温度系数为0．008(°／s)／℃，角度随机游走为4．2°／s，适于精度要求较高的应用。ADISl6355的结构框图如图1所示。传感器内部完成了信号的采集、校准与滤波处理，具有自检功能，还有1路ADC输入、1路DAC输出和2路数字I／O。SPI接口能够输出3个角速率信号、3个线加速度计信号、3个温度传感器信号和电源电压信号。
2 应用电路设计
ST公司的32位STM32系列微控制器是专门为微控制系统、工业控制系统和无线网络等对功耗和成本敏感的嵌入式应用领域而设计的。ST-M32F103VB是一款基于ARMv7-M体系结构的32位标准处理器，工作频率高达72 MHz，具有3个通用定时器、1个高级控制定时器、7个独立的DMA通道、1个USB接口、3个USART接口、2个SPI接口和2个I2C接口。STM32F103VB的外围电路仅需要外部晶振和少数电容，内部自带的U一体成型电感器SB接口便于调试和下载。
2．1 ADlSl635塑封电感器5接口电路
ADISl6355与STM32F103VB通过标准SPI接口进行连接，其硬件接口电路如图2所示。ADIS16355的SCLK、DOUT、DIN、CS、RST脚分别与ST-M32F103VB的SPll～SCK、SPll_MISO、SPll_MOSI、SPll_NSS、PB0脚连接。ADISl6355的VCC脚经0．1μF的电容接地，用于滤除干扰。
STM32F103VB的SPI接口配置为全双工主模式，每帧传输16位数据，每帧先发送MSB。时钟极性配置为空闲状态时，SCK保持高电平；时钟相位配置为数据采样从第二个时钟边沿开始。通信的波特率配置为64分频，为1．125 MHz。为提高SPI的速度，降低CPU资源的使用率，采用了SPI的DMA模式，SPI接收到的数据直接存储在定义好的数组里。STM32F103VB的SPI接口配置程序如下：
2．2 无线数据传输模块及其接口
无线数据传输模块使用的是nRF2401芯片，它工作于2．4GHz ISM频段，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。该模块功耗非常低，以-5 dBm的功率发射时工作电流只有10．5 mA，接收时工作电流只有18 mA。实际使用时其无线传输距离可达30 m，最大传输速率可达1000 kbps。单片机和无线数据传输模块的连接使用普通的I／O口，其电路设计如图3所示。无线数据传输数模块的DATA为双向引脚，与其相连接的PEll引脚应配置为输入模式。平面变压器厂家 | 平面电感厂家
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