具有溫度補(bǔ)償?shù)臒o人機(jī)高度傳感器

1．引言

無人機(jī)的高度測(cè)量傳統(tǒng)上一直采用靜壓傳感器作為感知手段，通過其壓差膜盒對(duì)大氣靜壓的感應(yīng)，將大氣壓力轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)輸出，從而計(jì)算出實(shí)際的高度值[1]。由于大氣壓力的變化除了與高度變化緊密聯(lián)系外，與本地的實(shí)際溫度也密切相關(guān)，但是大部分靜壓傳感器在設(shè)計(jì)時(shí)并未考慮到實(shí)際溫度對(duì)大氣壓力的影響，這就造成了實(shí)際輸出靜壓值與真實(shí)值之間的大幅度偏差，從而影響了高度的精確計(jì)算[2]。

本文針對(duì)上述不足，提出了使用帶有溫度補(bǔ)償和校準(zhǔn)系數(shù)的高靈敏度靜壓傳感器MS5534B作為無人機(jī)高度測(cè)量的傳感器件，同時(shí)考慮到無人機(jī)飛控處理器運(yùn)算能力不足的實(shí)際情況，提出一種分段擬合曲線的線性算法，以較高的精度實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)的高度計(jì)算。
2．系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 MS5534B的特性

MS5534B是一種低電壓、低功耗、高精度的測(cè)壓力模塊，其中包含一個(gè)壓阻式壓力傳感器和一個(gè)15bit的ADC集成模塊，具有數(shù)字輸出功能，它可以提供16位的氣壓和溫度數(shù)字信息，壓力測(cè)量范圍10～1100mbar，分辨率為0.1mbar。另外，傳感器有六個(gè)軟件校準(zhǔn)系數(shù)，壓力絕對(duì)精度為+/-1.5mbar，相對(duì)精度為+/-0.5mbar，并且不需再接其他外圍模塊，接口簡(jiǎn)單，電路連接方便。該模塊尺寸很小，平面尺寸為9mmX9mm，厚度僅為3.7mm，可以在-40°C
到 +125°C環(huán)境中應(yīng)用[3]。模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
2.2 系統(tǒng)組成及接口連接

基于MS5534B的高度傳感器系統(tǒng)主要有兩部分組成：（1）MS5534B氣壓數(shù)據(jù)采集單元；（2）ARM7微處理器單元。MS5534B的主要功能就是把壓阻壓力傳感器測(cè)得的未經(jīng)補(bǔ)償的氣壓模擬電壓輸出量轉(zhuǎn)化為16位數(shù)字的絕對(duì)氣壓值D1，同時(shí)輸出16位的絕對(duì)溫度值D2。在飛控系統(tǒng)中采用了32位微處理器內(nèi)核的ARM7，由于其快速的運(yùn)算速度和豐富的外圍接口資源，所以將MS5534B直接通過標(biāo)準(zhǔn)的SPI接口與其相連，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，提高了實(shí)時(shí)性。

ARM7微處理器與氣壓傳感器間的通信通過標(biāo)準(zhǔn)SPI接口完成[4]。DOUT、DIN分別是數(shù)字輸出、輸入引腳，SCLK為串行數(shù)據(jù)時(shí)鐘，MCLK為主頻32.768kHZ的系統(tǒng)時(shí)鐘，由微處理器提供。MS5534B數(shù)字輸出的參考電壓是3V供電電壓，外接的4.7uF鉭電容應(yīng)盡量靠近MS5534B，以保證數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)的供電穩(wěn)定和轉(zhuǎn)換精度。模塊實(shí)物和引腳分布圖如圖2所示。