基于MPU6050模块的飞行姿态记录系统设计

采集存储程序，模型火箭回收后固化数据读取上传程序。数据采集存储程序每隔0.1 s采集一组模型火箭加速度值，并存储到M24C08芯片中，虽然MPU6050可以提供16位精度数据，但低八位数据抖动严重，所以系统只记录高8位数据，这样M24C08芯片可以记录170组(每组6个)加速度数据，记录持续时间为17s。模型火箭点火延时2 s，导轨飞行1秒，滞空飞行14 s，数据采集存储程序工作时间可对3个过程实现完全覆盖。数据读取上传程序读取M24C08中的数据并以串口通讯方式传递给上位机。

数据处理分为数据接收、数据预处理和姿态还原3个部分，数据接收部分利用串口助手软件接收下位机上传的数据，同时将八进制数转换为十进制。数据预处理主要是对数据进行定性分析：出现角加速度不为零的情况说明模型火箭飞行中出现旋转;前2 s(模型火箭静止状态)出现X/Y轴线加速度不为零说明发射架水平度不符合要求;第3 s(模型火箭导轨飞行)开始出现X/Y轴线加速度不为零说明导轨装配出现问题。在数据预处理阶段未发现上述问题则进入姿态还原阶段，该阶段借助Matlab软件对X/Y/Z三轴线加速度进行计算，还原模型火箭飞行姿态，算法公式如图4所示。

4 实验应用

飞行姿态记录系统可靠性验证。在该测试阶段，系统被安装在5轴数控机床工作台上，通过数控程序指挥工作台改变姿态，由系统采集并记录相关数据，之后将数据上传给上位机进行处理，还原出工作台的姿态变化，与实际工作台姿态变化进行对比。实验结果表明系统记录的工作平台姿态与实际姿态一致。

飞行姿态记录系统与模型火箭联合搭载实验。在该测试阶段，将系统搭载到模型火箭中，搭载系统的模型火箭如图5所示。对搭载记录系统的火箭进行全流程的发射、回收实验，并对系统记录的数据进行上传、处理，以检验系统实际使用中的表现。实验结果表明系统运行稳定，数据记录正常。

5 结论

该飞行姿态记录系统采用高精度的加速度传感器和成熟可靠的存储器，配合稳定的主控芯片为硬件平台，软件设计采用不同种类功能分步固化的思想，避免了误操作带来的数据损坏，分析程序借助串口助手和Matlab软件，解决了飞行姿态还原的问题。该飞行姿态记录系统已在日常本科教学和竞赛中服役，实际应用表明该飞行姿态记录系统具有测试准确、稳定可靠、成本低廉等特点，达到了设计要求。