基于AT89S52的MEMS陀螺信號采集與處理系統設計

3 測試結果
完成硬件平臺搭建和軟件程序設計后，室溫下對系統進行靜態(tài)測量，通過改變溫度，分析角度的漂移；在小型旋轉平面上進行動態(tài)測試，分析線性加速度的變化，針對過大的漂移率現象，進行自校準，再測量。
靜態(tài)測試，在室溫下，由液晶屏顯示輸出溫度為
+21.36 ℃，輸出角度有不超過0.02°/s的漂移率。當把陀螺儀溫度提高到50 ℃時，顯示溫度為+50.07 ℃，陀螺角度出現單向漂移現象，輸出角度大約為0.72°/min漂移率。經過軟件自校準后，角度漂移較穩(wěn)定變化，單漂移現象消除。
動態(tài)測試，對三軸加速度計的測試采用重力場1 gn試驗方法[8]，安裝方法如圖5所示，將加速度計通過卡具安裝在位置轉臺上，使加速度計的輸入軸在鉛垂平面內相對重力加速度轉動。

使位置轉臺在360°范圍內旋轉，由圖5可知，敏感軸上的加速度分量為[9]：
a=gn·sinθ (1)
式中a為敏感軸上的加速度；θ為加速度計敏感軸與水平方向間的夾角。由式(1)可知，當位置轉臺轉動時，加速度計敏感軸上的重力加速度分量呈正弦關系變化，加速度計的輸出也呈正弦關系變化。在知道敏感軸與水平方向的夾角后，就可以計算出加速度計所感應到的加速度大小[8]。
測試采取十二位置測試方法，即每間隔30°測量一次，首先需要確定機械零點，即試驗前要確保初始狀態(tài)的敏感軸與水平方向間夾角為0°，確定機械零位一般采用四點法[9]，測量當地重力加速度gn（如長春重力加速度為9.801 m/s2）,由公式(1)可以計算出十二位置點的重力加速度分量值，選取部分測試點與本系統顯示的加速度值對比，分析絕對誤差如表1所示。

由表1知，在常溫下測量的ADIS16355加速度計 系統顯示的值與理論值絕對誤差在轉臺限定的誤差范圍之內，并且滿足ADIS16355線性加速度精度誤差為2.522 mg/LSB(約為0.024 7 m/s2)的要求，加上溫度補償可以進一步提高測量精度。
本數據采集系統主要存在以下誤差：一方面是由陀螺儀自身出廠工藝缺陷、結構、工作模式等形成的各種漂移；另一方面是由重力場、磁場、檢測電路干擾、系統安裝不平衡引起的陀螺輸出偏差。對于以上誤差中確定性誤差可以采用標定測試、自檢校準和溫度補償來減小，對于不確定性誤差采用統計方法統計變化規(guī)律和有效系統辨識方法來處理。
ADIS16355 iSensor是一款完整的三軸陀螺儀與三軸加速計慣性檢測系統。本文以AT89S52單片機為核心控制器件，只需要很少的外圍電路，采用KeilC51軟件編寫程序，實時存儲采集的數據并經LCD顯示，通過靜態(tài)溫度和角度測試及重力加速度試驗測試表明，該系統具有較高的精度和實時性。最后對系統存在的誤差進行分析。本文設計的MEMS數據采集系統具有精度高、成本低、操作簡單、使用方便，在陀螺儀的實際應用中存在較大的市場價值。
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