GPS全球导航卫星系统具有全天候、高精度等特点，但在室内、水下等环境时卫星信号极其微弱，导航接收机难以定位。为解决微弱信号环境下的定位问题，其中一个重要途径就是依靠其他导航系统的辅助。惯性导航系统，利用惯性元件测量载体运动参数求出导航解，完全自主，不受外界干扰，但存在误差随时间积累的问题。卫星导航系统若在惯性导航系统的辅助下，可以使导航接收机根据惯性测量参数解出多普勒频移，从而减小卫星信号捕获和跟踪带宽，提高接收机的性能。近年来基于微机械电子系统（MEMS）技术的惯性传感器在设计、加工、封装、数据处理等方面发展迅速，因此，本文选择了满足设计需求、体积小、可靠性好、性价比高的产品来构建捷联惯导平台，以验证惯性导航系统对卫星导航系统的辅助作用。
ADXL345 是美国模拟器件公司于2008 年推出的采用MEMS 技术具有SPI 和I2C 数字输出功能的三轴加速度计，具有小巧轻薄、超低功耗、可变量程、高分辨率等特点：它只有3 mm×5 mm×1 mm 的外形尺寸，面大小相当于小拇指指甲盖的1/3；在典型电压VS=2.5 V 时功耗电流约为25～130 μA，比先期采用模拟输出的产品ADXL330 功耗典型值低了约70～175 μA；最大量程可达±16 g，另可选择±2、±4、±8 g 量程，可采用固定的4 mg/LSB 分辨率模式，该分辨率可测得0.25°的倾角变化。ADXL345 提供一些特殊的运动侦测功能，可侦测出物体是否处于运动状态，并能敏感出某一轴向加速度是否超过了用户自定义门限，可侦测物体是否正在跌落。此外，还集成了一个32 级FIFO 缓存器，用来缓存数据以 减轻处理器的负担。ADXL345 可在倾斜敏感应用中测量静态重力加速度， 也可在运动甚至振动环境中测量动态加速度，非常适合于移动设备应用，可望在手机、游戏和定位设备、微小型导航设备、硬盘保护、运动健身器材、数码照相机等产品中得到广泛应用。
ADXL345 引脚排列
排列与定义如上图 所示，其中，引脚3、11 为保留引脚； 引脚6 VS接电源， 电压典型值2.5 V， 不超过3.6 V；引脚1 VDD I/O接数字接口电源， 电压典型值1.8 V，不超过3.6 V；引脚2、4、5、10 接地；引脚7 是片选；引脚14 接串行时钟；引脚12 是SPI 或I2C 的串行输出口；引脚13 是SPI 或I2C 的串行输入口； 引脚8、9 是可供用户自定义的中断输出口。要使ADXL345 正常稳定工作，还需要一些简单的外围电路来支撑。ADXL345 是一种表面微机械加速度计， 它是在多晶硅上采用了表面微机械处理技术，形成了容性敏感的微机械结构，通过这种微机械结构来敏感测量加速度。ADXL345 的内部功能框图如图2 所示，其基本工作流程为：首先由三轴敏感单元敏感3 个方向加速度（严格意义上称为比力），然后通过电子感应器件将感应到物理量模拟化，再通过A/D 采样转换成数字信号， 经过数字滤波后送往控制与中断逻辑，在命令字的控制下通过串行I/O 口与主设备交互。
ADXL345 丰富的功能是通过使用寄存器来实现的。这些丰富的寄存器，用以选择数据格式、FIFO 工作模式、数字通信模式、节电模式、中断使能以及修正各轴偏差等等常用的寄存器有：
1）POWER_CTL， 用来设定供电模式， 与BW_RATE 配合，可设定数据率，默认值为100 Hz。ADXL345 正常供电情况下，能根据输出数据率大小自动调节其功耗。如果要进一步降低功耗， 将BW_RATE 寄存器中的LOW_POWER 位置位，进入低功耗模式。
2）DATA_FORMAT， 该寄存器的设置影响着DATAX0、DATAX1、DATAY0、DATAY1、DATAZ0、DATAZ1 数据寄存器中的数据格式。DATA_FORMAT 该8 位寄存器可控制6 项设置， 通过设置SPI 位可设定SPI 是采用3 线还是4 线接口模式，FULL_RES 位与RANGE 位，用于设定加速度量程和对应的分辨率模式，SELF_TEST 位用于自检。
3）FIFO_CTL，设置缓存器具体的工作模式，比如Bypass、FIFO、Stream、Trigger 模式，各种模式区别如下：在Bypass 模式
中，FIFO 缓存器是退化的，仅FIFO［0］存储一次采样结果，无论是否被读取，新数据到来时将旧数据覆盖；在FIFO 模式中，FIFO 缓存器不停地收集数据直到缓存器满，此时如果没有及时读数据，新到样本数据将被丢弃，而当FIFO 被读取后，它将继续收集新到数据；在Stream 模式中， FIFO 缓存器不停地收集数据，当缓存器满，自动丢弃FIFO［0］，其他样本值向前移位填充，最新数据填入FIFO［31］；在Trigger 模式中，FIFO 开始工作与Stream 模式类似，收集样本值直到FIFO 缓存器满，然后丢弃最旧的数据，一旦触发事件发生（由FIFO_CTL 寄存器中TRIG_SOURCE 位所定义），FIFO 将保留最后n 采样值（其中n 在FIFO_CTL 寄存器中指定），然后像FIFO 模式一样运行，即FIFO 不满时，继续收集新的样本值。
4）INT_MAP、INT_ENABLE，ADXL345 为事件驱动提供两个中断输出引脚：INT1、INT2。所有的中断功能，例如DATA_READY、FREE_FALL、OVERRUN 等等， 均可同时使用，唯一的限制是有一些功能可能会共享中断引脚。
5）OFSX、OFSY、OFSZ，用来存放标定的X、Y、Z 轴的偏移
量，初始化传感器时使用。
基于项目要求设计了一个INS 辅助GPS 的系统， 下图 是该系统捷联惯导部分原理框图。其中，数据采集模块由单片机与CPLD 组成，负责对惯性传感器进行控制和数据采集组帧，惯性测量数据帧通过UART 传给捷联计算模块，在捷联计算模块中结合来自GPS 初始化对准数据和修正偏差，进行导航解算，向用户和GPS 输出载体位置和速度解，惯性测量解反过来再辅助GPS。鉴于ADXL345
的性能特点，图中加速度计选用了ADXL345。
机械安装要点
ADXL345 是完整的三轴加速度计，各轴测数据的极性见图1 所示。需要注意的是，ADXL345 要安装在PCB 板较坚固的位置上。因为加速度的计量依赖于PCB 板的谐振程度，若将传感器安装在PCB 板上一些没有硬支撑的位置，比如“杠杆”或“翘板”的一端，或是“弹性蹦床”的中央，会导致明显的测量错误。
