基于ARM-Linux的微慣性單元數(shù)據(jù)采集方案

　微機(jī)械慣性器件是集微型精密機(jī)械、微電子學(xué)、半導(dǎo)體集成電路等新技術(shù)于一身的世界前沿新技術(shù)。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，目前微機(jī)械慣性器件憑借其價(jià)格低、可靠性高、尺寸小、重量輕等特點(diǎn)引起了國(guó)內(nèi)慣性技術(shù)及微電子技術(shù)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。以陀螺儀和加速度計(jì)為核心部件的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)已成為現(xiàn)代飛機(jī)、大型艦只和潛艇的一種重要導(dǎo)航設(shè)備，在其他一些民用領(lǐng)域中也有著十分廣泛和重要的應(yīng)用。以慣性系統(tǒng)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的慣性測(cè)量和慣性定位系統(tǒng)，可以用于大地測(cè)量、地圖繪制、海洋調(diào)查、地球物理勘探、管道鋪設(shè)選線、石油鉆井定位和機(jī)器人等需要大范圍測(cè)量及精確定位的場(chǎng)合［1］。
　　本文在嵌入式Linux環(huán)境下使用ARM9開(kāi)發(fā)板實(shí)現(xiàn)了對(duì)IMU輸出數(shù)據(jù)的采集和動(dòng)態(tài)顯示，為進(jìn)一步的工程應(yīng)用打下基礎(chǔ)。
　　1 微慣性測(cè)量單元IMU
　　微慣性測(cè)量單元由6個(gè)傳感器組成，包括3個(gè)微機(jī)械陀螺儀和3個(gè)微機(jī)械加速度計(jì)，配置在立方體的3個(gè)正交平面上。其基本原理為古典的牛頓力學(xué)原理，由三根軸的陀螺確定載體的姿態(tài)，安裝在三根軸上的加速度計(jì)測(cè)出載體的加速度值，積分得到速度，再積分得到位移［1，2］。
　　本文所采用的慣性測(cè)量單元為XW-IMU5200。它以DSP為核心處理器，采用16 bit高精度多通道并行A/D轉(zhuǎn)換。其A/D轉(zhuǎn)換器的采樣率至少是慣性傳感器帶寬的4倍，能夠保持慣性傳感器的固有頻率。6路并行采集通道可實(shí)時(shí)接收加速度計(jì)和陀螺儀以及溫度傳感器的信號(hào)，保證了數(shù)據(jù)采集的一致性。圖1所示為本文所采用的XW-IMU5200的外觀。
　　
　　XW-IMU5200內(nèi)部有一個(gè)0.8 μs的計(jì)時(shí)器。計(jì)時(shí)器計(jì)數(shù)從0～216，然后開(kāi)始新的周期（高位溢出后繼續(xù)）。每個(gè)數(shù)據(jù)周期中，在讀取內(nèi)部計(jì)時(shí)器之前和之后，分別對(duì)兩組慣性測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，然后將得到的數(shù)據(jù)做數(shù)字濾波并封裝；慣性測(cè)量數(shù)據(jù)、計(jì)時(shí)器數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)通過(guò)XW-IMU5200的RS232口送出。
　　如圖2所示，Ti是周期的起點(diǎn)。從Ti到Ti1為0.1 ms，實(shí)現(xiàn)第一組數(shù)據(jù)的采樣；從Ti1到Ti2為1 ms，讀取內(nèi)部計(jì)時(shí)器；從Ti2到Ti3為0.1 ms ，實(shí)現(xiàn)第二組數(shù)據(jù)的采樣；從Ti3到Ti4進(jìn)行濾波并封裝數(shù)據(jù)，對(duì)IMU為1.8 ms， 對(duì)IMU而言，最大數(shù)據(jù)輸出速率約為100 Hz，波特率為115 200 b/s。
　　
　　XW-IMU5200的測(cè)量數(shù)據(jù)包為19 bit，其定義如表1所示，數(shù)據(jù)為L(zhǎng)ittle Endian格式，即低位（LSB）字節(jié)在先。