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基于DSP的MEMS陀螺信号采集与处理系统设计
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摘要
近年来,MEMS(微机电系统)技术的微惯性传感器的研究与发展受到了广泛的重视。微硅陀螺具有体积小、重量轻、可靠性高、易于系统集成等优点,所以它在汽车工业、航空航天以及机器人等领域具有广阔的应用价值和前景。目前MEMS陀螺的精度还不是很高,除改进设计和制造方法提高其精度外,对MEMS陀螺信号进行采集和处理提高其精度也是有效的技术途径。而且研究表明,随机噪声是影响MEMS陀螺精度的重要因素。因此,为了降低MEMS陀螺的噪声,提高其精度,设计了采用TI公司数字信号处理器TMS320F2812的MEMS陀螺信号实时采集与处理系统。有效实现了陀螺信号随机误差部分降噪功能。
     首先对所设计的系统中的陀螺信号进行了分析研究,介绍了随机漂移的几种辨识方法。在对试验实测数据进行必要的预处理后,采用时间序列分析法对陀螺随机漂移信号进行ARMA建模,并选择了合适的模型类型和阶次,检验了模型适用性。随后根据ARMA模型参数,建立了状态方程和观测方程,进行了卡尔曼滤波,滤波效果明显。
     然后给出了该装置总体软硬件实现方案。硬件方面介绍了TMS320F2812的主要特点,并以该DSP为核心芯片,分析和设计了数据采集处理系统的外围接口电路;软件方面,阐述了利用TI公司的DSP集成开发环境CCS开发系统软件的具体方案,将采集处理按照功能划分为三个任务部分,并给出设计流程,采用C语言与汇编语言混合编程,使这些任务按照指定的优先级运行,提高了系统的工作效率。
     经过系统调试,实现了对陀螺信号的采样、转换与传输,并得出信号处理仿真效果,具有一定的工程应用价值。
In recnt years,the research and development of micro-inertial sensors based on MEMS technology has received wide attention.Micro silicon gyroscope is characterized by such advantages as small size,light weight,high reliability,and convienience of integration,etc..,so it has great application value and prosepects in the automobile industry,aerospace and robotics.However,at present stage,the accuracy of MEMS gyroscope is not very high.Besides improving the design and production process,enhangcing the signal acquisition and processing technology of the MEMS gyroscope is also an effective way to raise the accuracy.In order to reduce the nosie of MEMS gyroscope,to improve its nonlinear performance,and increase its accuracy,this paper presents a new design,which applies TMS320F2812 dital signal processor for signal acquisition and processing system.
     First,this paper modeled the drift of gyro and design Kalman filter to improve the precision of MEMS gyro,selected time series method to establish an ARMA model and simulate the application of the model before practical experiments.Based on the parameters of the ARMA model,a classic Kalman filter is established.The simulation result showed that the Kalman filter was effective.
     After that,the paper presents the overall hardware and software configuration of system.Hardware part introduces the main features of TMS320F2812 and makes the DSP as core chip.Morever,it analysis and designs the data acquisition and processing system of the external interface circuit.Software part divids the the mission into three parts,and gives the design courses.Whole software uses C and assemble mixed in programming and made the mission run as limited priority. After debugging,the sampling,transferring and transmitting is realized.Whole system has acertain engineering application value.
引文
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