CRSl0陀螺儀及其在角速率與轉(zhuǎn)角測(cè)量中的應(yīng)用

1．2．2 CRSl0數(shù)據(jù)讀寫(xiě)與數(shù)據(jù)處理
通過(guò)SPI總線，可以對(duì)CRSl0進(jìn)行讀寫(xiě)操作?？梢愿鶕?jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)置控制寄存器的值達(dá)到控制效果，也可以使用寄存器的默認(rèn)設(shè)置?？刂浦噶钣?個(gè)字節(jié)狀態(tài)位，4個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)位和1個(gè)字節(jié)的校驗(yàn)位共6個(gè)字節(jié)組成。向CRSl0寫(xiě)控制指令時(shí)，只要將指令串通過(guò)SPI總線發(fā)送給CRSl0即可。
讀取CRSl0輸出的數(shù)據(jù)時(shí)，從總線上讀取到的是6個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，依次是：1個(gè)字節(jié)的狀態(tài)位，2個(gè)字節(jié)的角速率數(shù)據(jù)位，2個(gè)字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)位和1個(gè)字節(jié)的校驗(yàn)位。
角速率值(RATE_OUT)和溫度值(TEMP_OUT)輸出的數(shù)據(jù)格式均為16位二進(jìn)制的補(bǔ)碼，可以使用式(1)進(jìn)行解算：

式中，DATA_VALUE為寄存器的輸出數(shù)據(jù)，VALUE為轉(zhuǎn)換后實(shí)際的測(cè)量量的值，Scale為寄存器值最小值代表的最小單位，n為對(duì)應(yīng)寄存器的數(shù)據(jù)位數(shù)。
在這里有一個(gè)小技巧，由于數(shù)據(jù)是16位二進(jìn)制補(bǔ)碼類(lèi)型，可以使用數(shù)據(jù)類(lèi)型為整型(int)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，這樣亦可以省略其中的數(shù)據(jù)處理過(guò)程。

2 角速率和轉(zhuǎn)角測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)
這里給出了基于LMS8962與CRSl0的傾角測(cè)量系統(tǒng)的原理與設(shè)計(jì)。
2．1 轉(zhuǎn)角測(cè)量原理
CRSl0是測(cè)量其所在PCB平面的角速率。根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，角度等于角速率在時(shí)間上的積分，因此，可以得到轉(zhuǎn)角與角速率的關(guān)系：

式中，θ是當(dāng)前角度，θo是運(yùn)動(dòng)初始時(shí)的初始轉(zhuǎn)角，ω為角速率，to為初始時(shí)刻，t為當(dāng)前時(shí)刻。
在數(shù)字系統(tǒng)中，采用其離散型方程：

式中，θ、θo、ω的含義與式(2)相同，△t表示采樣數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔。
根據(jù)上述原理，利用CRSl0設(shè)計(jì)測(cè)量轉(zhuǎn)角系統(tǒng)。只要保證采樣頻率夠快，轉(zhuǎn)角平臺(tái)穩(wěn)定，噪聲較小即可。
2．2 硬件電路設(shè)計(jì)
使用LMS8962與CRSl0搭建成傾角測(cè)量系統(tǒng)，LMS8962是一款高性能的32位Cortex-M3內(nèi)核微處理器。它有豐富的片內(nèi)外設(shè)，如模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)，PWM，CAN和串行總線(SSI)等，功能強(qiáng)大，易于集成。
LMS8962與CRSl0組成的角速率和轉(zhuǎn)角測(cè)量系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖如圖3所示。LMS8962通過(guò)SSI總線與CRSIO進(jìn)行通信。將采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到SD卡中，將解算得到的結(jié)果實(shí)時(shí)在液晶顯示模塊上顯示。SD卡的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為將來(lái)的數(shù)據(jù)分析提供一個(gè)很好的數(shù)據(jù)采集平臺(tái)。SSI是串行通信總線，它兼容SPI總線。