基于STM32與MEMS器件的微慣性測量系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、MEMS技術(shù)自成立以來，從理論研究到實際儀器儀表的應(yīng)用都受到越來越多國內(nèi)外機(jī)構(gòu)的重視。用MEMS慣性器件構(gòu)建的測量系統(tǒng)具備體積小、質(zhì)量輕、價格低且能自主工作等優(yōu)點，在航空航天、軍事及民事領(lǐng)域都有十分廣泛的應(yīng)用。因此本文在MEMS技術(shù)的作用下設(shè)計實現(xiàn)了基于STM32與MEMS器件的微慣性測量系統(tǒng)。
　　本文通過對微慣性測量系統(tǒng)的組成進(jìn)行分析，最終確定了本文的設(shè)計，由三軸加速度計、三軸陀螺儀、三軸磁強(qiáng)計以及微控制器STM32F103和

2、計算機(jī)處理系統(tǒng)組成。此系統(tǒng)中陀螺儀能夠保證載體的動態(tài)性能，加速度計和磁強(qiáng)計能夠補(bǔ)償陀螺儀的零點漂移。既改善了系統(tǒng)的精度，又增強(qiáng)了系統(tǒng)的魯棒性。姿態(tài)解算是本文的一個重要部分。首先根據(jù)陀螺儀測得的角速率通過四元數(shù)算法來計算得到姿態(tài)角。其次根據(jù)加速度計和磁強(qiáng)計的測量值結(jié)合重力加速度和磁場特性也可得到姿態(tài)角。最后針對慣性傳感器的特性設(shè)計出一種卡爾曼濾波器對得到的兩組姿態(tài)角誤差進(jìn)行校正，得到姿態(tài)角的最優(yōu)估計值，保證測量精度。微慣性測量系統(tǒng)的硬件平

3、臺是在Altium Designer的開發(fā)環(huán)境下，用STM32F103作為微控制器，綜合所用到的MEMS器件（微慣性加速度計、陀螺儀和磁強(qiáng)計）設(shè)計的。軟件平臺是在Keil MDK的編譯環(huán)境下，通過軟件驅(qū)動模塊將軟硬件接口進(jìn)行連接來設(shè)計的。上位機(jī)三維動態(tài)顯示界面是在VS2010的開發(fā)環(huán)境下，結(jié)合OpenGL和串口控件MSComm來設(shè)計的。
　　本文最后通過對微慣性測量系統(tǒng)的靜態(tài)實驗和動態(tài)實驗，分析了系統(tǒng)的靜態(tài)誤差和動態(tài)誤差，從而證明