ADIS16209 IMU在倾角测量中的应用

2 基于Luminary LMS8962与ADIS16209的倾角测量系统设计

下面介绍基于Luminary公司的LMS8962与ADIS16209的倾角测量系统的原理与设计。

2．1 倾角测量原理

加速度计是测量物体所受除万有引力加速度以外的加速度。将ADIS16209静止放在水平面时，其受到的是水平面对其向上的支撑力的加速度和地球自转的向心加速度的矢量和。而地球自转的向心加速度很小，在测量中忽略不计。那么只要使得ADIS16209将一个加速传感器的输出摆置为O时，也即是将传感器摆置如图3(a)所示。或者两个加速度计测得的矢量和等于水平面对其向上的支撑力的加速度，也就是重力加速度的反方向矢量，也即是将传感器摆置如图4(a) 所示。那么就可以利用这些矢量求出传感器与水平的倾角关系。



当使用单轴测量方式时，如图3(b)所示，可知Ay轴测得的分量为O，Ax轴测得的分量为ax，那么Ax轴与水平面的夹角：



同理可以得到使用Ay轴作单轴测量方式时，Ay轴与水平面的夹角：



当使用双轴测量方式时，如图4(b)所示，传感器Ax与Ay轴组成的平面垂直于水平面，那么重量加速度轴

测得的分量为ax，那么Ax轴与水平面的夹角：



Ay轴与水平面的夹角：





2．2 硬件电路设计

本文使用Luminary公司的LMS8962与ADIS16209搭建成倾角测量系统。LMS8962是一款高性能的32位Cortex-M3内核微处理器，它有丰富的片内外设，如模／数转换(ADC)，PWM，CAN和串行总线(SSI)等，功能强大，易于集成。



如图5所示是由LMS8962与ADIS16209组成的倾角测量系统。LMS8962通过SSI总线(SSI是串行通信总线，它兼容SPI总线。)与ADIS16209进行通信。将采集到的数据存储到SD卡中，将解算得到的结果实时在LCD上显示出来。

2．3 软件设计

如图6所示是系统的软件流程图。程序启动进入系统初始化，接下来向ADIS16209写控制指令，以设置ADIS16209工作在需求的模式下，然后读取返回的数据并进行解算，最后通过存储数据到SD卡中并在液晶模块中显示出来。



3 实验结果

Crossbow Technology公司的AHRS500GA-226是高精度的IMU，其广泛应用于航空航天等高科技领域。实验以AHRS输出的结果为参考，将 ADIS16209与AHRS固定于同一平台上，使得ADIS16209的Ax与Ay轴与AHRS的Ax与Ay轴方向相一致。令它们的Ax与Ay轴组成的平面与水平面垂直，绕着Ax与Ay轴组成的平面的垂直线转动，使Ax与Ay轴与水平面成一定的夹角。图7～图10是ADIS16209与AHRS输出的数据结果的对比，图中主要看较平稳的数据部分，数据抖动部分是因为在切换方向，切换方向时手对传感器有一个加速度，叠加在原来静止状态下受到的力，此时测量到的不能作为准确的结果。





4 结语

(1)在静止状态下，ADIS16209双轴加速度计的输出与AHRS的输出趋势吻合，误差小于O．005g，具有较高的精度。

(2)在静止状态下，由ADIS16209双轴测量方式得到的AX轴、AY轴与水平面的夹角和AHRS测得的结果趋势吻合，误差在1°以内，在但是ADIS16209有一定的噪声，如果对ADIS16209输出的加速度值进行滤波除噪处理，可以得到更好的结果。