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ADXRS610陀螺仪的简易测试方法

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 ADXRS610是一个完整的角速度传感器(陀螺仪),使用ADI公司的表面微机械加工工艺,以创造一个功能齐全,成本低角速度传感器在单芯片上集成所有需要的电子产品。该设备的制造技术是相同的高容量BiMOS过程的高可靠性汽车安全气囊加速度计使用。

ADXRS610输出信号是一个与旋转角速率成正比的电压信号,输出信号与参考供电成比率。用一个外围电阻可以减小比例系数,用一个外部电容来设置带宽。为了便于补偿,陀螺还会输出一个温度信号,另有两个数字输入来检验陀螺是否可以正常工作。

测试条件

为了减少电源带来的干扰,系统适宜采用电池供电,本系统采用5V镍氢电池为陀螺仪单独供电,测试时应保证环境温度尽量稳定,另外在测试前应把芯片上电预热15秒钟以上。

 转换系数的确定

陀螺给出的是模拟电压值,在陀螺数据采集过程中要将模拟量转换为数字量才可以交付上层程序使用,本系统采用ADUC7026作为数据采集单片机,ADuC7026自带12位ADC模块,此模块可在2.7~3.6v电压下工作。由于ADC模块的工作电压为2.7~3.6v,选取陀螺仪最大输出取2.5v以确保ADC可以正常工作。这样一来当陀螺仪静止不动时其电压输出约为1.25v,对应于AD转换后数字量2048;逆时针300 °/s旋转时陀螺输出电压在0v附近,这对应于AD转换后数字量0;顺时针300 °/s旋转时陀螺输出电压接近2.5v,对应于AD转换后数字量4096。明确了这一转换关系,就可以推导出数字量与角速率的直接对应关系:,这里的就是一个数字量对应的角速率值。在实际使用中发现按此种方法计算得到的系数并不完全准确,需要根据工作范围进行适当调整。

 角速度

到这里我们已经可陀螺仪的输出电压信号经ADC模块转换为数字量,但是要得到实际角速度还需要一个步骤:当陀螺仪静止时测得一个数字量,陀螺仪转动时经ADC得到的数字量与静止时的数字量作差。将差值乘以角速度-数字量转换系数之后就得到了真实的旋转角速度。另外还有个问题要注意一下,在AD采样过程中可能由于不可知的原因会出现异常的电压信号,为了减少这种异常电压信号的影响,每次AD采样的结果是10次平均之后的,也就是用均值来代替个体,即使有个别异常数据也不会产生太大的影响。下图是测试结果。


 上图是陀螺仪一直保持静止时,以20us为周期采样10000次输出的角速度值,可见即使静止时陀螺仪的输出值也不为零。

 角速度积分

角度信息是通过角速度积分得到的 ,积分周期20ms,也就是说关于角度的姿态信息每20ms会更新一次。对于积分的准确性,可通过将陀螺旋转一个固定角度来验证。角速度的准确性不太容易验证,我们认为如果积分可以很准确,那角速度也是正确的。下图是陀螺前三次旋转90度,中间三次旋转45度,后两次反向旋转90度的积分输出曲线: