一種微型六維加速度傳感器的信號采集與處理系統(tǒng)的研究.pdf

1、六維加速度傳感器（six-axisaccelerometer）可以實(shí)現(xiàn)物體運(yùn)動的六維加速度（包括三維線加速度和三維角加速度）的傳感。通過對傳感得到的六維加速度進(jìn)行積分，可以獲得物體運(yùn)動的速度、位置和姿態(tài)信息。因此，六維加速度傳感器在自動化控制、交通工具監(jiān)測、地震監(jiān)測、機(jī)器人控制、導(dǎo)航技術(shù)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。微型化是六維加速度傳感器的發(fā)展趨勢。利用多個微型單軸加速度傳感器構(gòu)成的微型六維加速度傳感器具有靈活度高、成本低、體積小等優(yōu)點(diǎn)。

2、為了實(shí)現(xiàn)其實(shí)用化，必須研究和開發(fā)一種具有低成本、小型化、高精度的信號采集與處理系統(tǒng)。目前，微型六維加速度傳感器的信號采集與處理系統(tǒng)尚沒有成熟的方案。
　　針對本實(shí)驗(yàn)室發(fā)明和開發(fā)的一種基于六個微型單軸加速度傳感器的微型六維加速度傳感器，本文提出了一種信號采集與處理系統(tǒng)的原理與結(jié)構(gòu)，設(shè)計并開發(fā)了信號采集與處理系統(tǒng)的硬件電路及其軟件系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，建立了信號采集與處理系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)測試系統(tǒng)，對信號采集與處理系統(tǒng)的性能進(jìn)行了測試和分析。

3、r>　　本文的主要工作和研究成果包括：
　　1．分析了微型六維加速度傳感器的原理、結(jié)構(gòu)及傳感特性。在此基礎(chǔ)上，提出了一種信號采集與處理系統(tǒng)的原理與結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)由核心板和擴(kuò)展板組成，實(shí)現(xiàn)信號采集、信號處理和輸出接口功能。其中，核心板負(fù)責(zé)系統(tǒng)的信號處理并控制擴(kuò)展板上的各個功能單元協(xié)調(diào)工作，擴(kuò)展板在核心板控制下進(jìn)行信號采集并將處理后的信號通過輸出接口單元輸出至外部設(shè)備。通過該方案可以實(shí)現(xiàn)信號采集與處理系統(tǒng)的模塊化和小型化。
　　2．

4、設(shè)計并開發(fā)了信號采集與處理系統(tǒng)的硬件電路，包括核心板和擴(kuò)展板兩部分。核心板利用數(shù)字信號處理器（DigitalSignalProcessor,DSP）及其外圍電路實(shí)現(xiàn)微型六維加速度傳感器輸出信號的處理和對擴(kuò)展板上器件的控制。擴(kuò)展板利用模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換電路、數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換電路和通用串行總線（UniversalSerialBus,USB）接口電路分別實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的信號采集、模擬信號輸出和數(shù)字信號輸出功能。
　　3．設(shè)計并開發(fā)了信號采集

5、與處理系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)由信號采集模塊、信號處理模塊和輸出接口模塊組成，結(jié)合硬件電路具體實(shí)現(xiàn)信號采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)輸出的功能。
　　4．建立了微型六維加速度傳感器的信號采集與處理系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)測試系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果表明，設(shè)計并開發(fā)的信號采集與處理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對微型六維加速度傳感器輸出信號的實(shí)時采集、處理和輸出。信號采集與處理系統(tǒng)A/D采集誤差為±0.01V，線加速度求解誤差為±0.05m/s2，角加速度求解誤差為±1.5rad