基于AD系列陀螺儀和加速度計(jì)信號(hào)處理及其應(yīng)用研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，MEMS慣性傳感器在傾角測(cè)量系統(tǒng)中具有一定的應(yīng)用價(jià)值。慣性系統(tǒng)的精度主要取決于陀螺儀和加速度計(jì)的精度，之前許多關(guān)于慣性系統(tǒng)精度的研究都是通過(guò)改善硬件結(jié)構(gòu)或加工工藝技術(shù)提高精度，雖然在某種程度上提高了慣性傳感器的精度，但也造成了技術(shù)困難和成本昂貴的局面。因此有必要尋求一種軟件方法替代慣性傳感器信號(hào)處理系統(tǒng)，以降低工藝要求和成本。利用軟件優(yōu)化算法提高信號(hào)的精度是慣性傳感器一個(gè)重要研究方向。
　　本論文主要以

2、微機(jī)械A(chǔ)D系列加速度計(jì)ADXL203和陀螺儀ADXRS622為研究對(duì)象，從理論分析、電路設(shè)計(jì)、算法仿真、試驗(yàn)驗(yàn)證等方面展開(kāi)工作，探討微慣性器件的工作特性和信號(hào)處理方法。論文研究的重點(diǎn)從兩個(gè)方面出發(fā)，即MEMS慣性傳感器的信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)和軟件消噪算法試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明小波變換閾值消噪算法優(yōu)于卡爾曼濾波算法，在實(shí)際應(yīng)用獲得良好的效果。論文主要工作有:
　　首先，根據(jù)MEMS慣性傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析ADXL系列加速度計(jì)和AD

3、XRS系列陀螺儀的工作性能，完成MEMS慣性傳感器與數(shù)據(jù)采集之間的信號(hào)調(diào)理電路、DSP處理器與A/D轉(zhuǎn)換接口以及電源模塊等具體設(shè)計(jì)與物理實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可行性。
　　其次，建立陀螺儀信號(hào)的檢測(cè)裝置，選用TMS320F28335作為測(cè)量系統(tǒng)的處理器，編寫(xiě)相關(guān)程序，研究卡爾曼濾波算法和小波變換閾值消噪算法在AD系列MEMS慣性傳感器信號(hào)的應(yīng)用，且做了相關(guān)試驗(yàn)。借助CCS4.2軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，在F28335DSP開(kāi)發(fā)板上實(shí)時(shí)

4、實(shí)現(xiàn)陀螺儀信號(hào)的卡爾曼濾波處理，有一定的消噪效果。MEMS陀螺儀信號(hào)的小波閾值消噪建立在陀螺儀漂移分析基礎(chǔ)上，借助MATLAB仿真平臺(tái)，選出最佳小波函數(shù)、分解層數(shù)和匹配閾值，編寫(xiě)小波變換閾值消躁相關(guān)MATLAB程序。多次試驗(yàn)結(jié)果表明sym4小波函數(shù)6層分解和啟發(fā)式硬閾值的消噪效果最佳。
　　最后，將所設(shè)計(jì)的AD系列MEMS慣性傳感器測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用于兩輪自平衡小車(chē)中，通過(guò)比較兩種軟件消噪算法優(yōu)缺點(diǎn)，選擇小波變換閾值算法作實(shí)時(shí)消噪，實(shí)驗(yàn)