Sparkfun九自由度惯性测量传感器性能测试

简介:

惯性测量传感器在无人机,智能车辆,系统稳像技术领域有着广泛的应用。比如在无人飞行器上,惯性单元可以用来进行自动的姿态控制。

本期我们评测的是来自美国Sparkfun的九自由度惯性测量传感器。该模块集成了一片LY530AL单轴陀螺仪,一片LPR530AL双轴陀 螺仪,ADXL345三轴加速传感器以及HMC5843三轴磁感应传感器。一片ATmega328数据处理芯片负责处理所有的传感器数据,并在滤波后串行 输出。由于Arduino系统的广泛采用,该传感器也支持Arduino IDE,因此可以非常方便的修改传感器的源码来满足在自己的需求。在默认的情况下,该传感器内置了Kalman Filter(卡尔曼滤波),还完全兼容AHRS(Attitude_and_Heading_Reference_Systems). 换句话说,改传感器能无需改动而直接用来作为无人机的姿态捕获单元。

 

相关参数:

  • ADXL345为13位分辨率的三轴加速度传感器
  • HMC5843为三轴数字磁感应传感器
  • 输出端口接FTDI Basic,蓝牙,XBee通信模块等进行通讯
  • 输入电压为3.3V
  • 设有开关以及复位按钮
  • 尺寸:49.53 x 27.94 mm

 

使用情况:


通过FTDI Basic连接PC机和九自由度惯性测量传感器进行数据交换。

下载惯性测量传感器的驱动代码(Arduino),通过FTDI Basic将代码烧入传感器,这样传感器就会将数据(包括三轴转角、角速度、角加速度以及三轴磁场大小的值)自动通过串口向外发送,可以通过串口监视器采 集到各个数值。当然也可以通过修改驱动代码来让传感器发送指定需要的数值(删除Serial.print();对应不需要的量).

 在烧入驱动代码之后也可以通过串口用Arduino控制板来采集相关数据进行处理。

 

注意:

使用FTDI Basic连接九自由度惯性测量传感器时要将电压选择插针连接3.3V的供电电压。
使用Arduino控制板连接时需要将板上的5V电压转换成3.3V,以免将传感器烧坏(本实验我们采用XBee扩展板来转换供电电压)。

 

特点:

传感器内部集成卡曼滤波将加速度传感器,陀螺仪和磁感应传感器采集的信号进行处理得到平稳的角度输出值,可以测量以X、Y、Z为转轴的旋转角值 Pitch、Roll、Yaw。我们通过将传感器处理过后得到的Pitch和Roll的值与利用直接采集到的三轴加速度计算出的角度值进行比较,得出相关 的分析结果。

通过加速度计算Pitch和Roll值(Pitch(Raw)和Roll(Raw))的计算公式(Arduino语言)为:

  1. Pitch(Raw)=atan2(ACC[Y],ACC[Z])*(180/3.14);
  2. Roll(Raw)=atan2(ACC[Z],ACC[X])*(180/3.14);
ACC[X],ACC[Y],ACC[Z]分别为测得的X、Y、Z方向的加速度。

图中Pitch(Filtered)、Roll(Filtered)为经内部卡曼滤波得到的Pitch和Roll的值,Pitch(Raw)、Roll(Raw)为通过加速度计算得到的Pitch和Roll的值。

AB阶段:
当传感器有微小震动时,Pitch(Raw)、Roll(Raw)能经微小的震动反映出来,而Pitch(Filtered)、Roll(Filtered)将其滤掉。
BC阶段:
当以X轴为转轴转动一定角度时,Pitch(Filtered)和Pitch(Raw)波动相同的幅度,但是Pitch(Filtered)较平滑。
CD阶段:
以当以X轴为转轴,快速来回小倾角转动时,Pitch(Raw)有较剧烈的浮动,Pitch(Filtered)却较为平滑。
DE阶段:
当以Y轴为转轴转动一定角度时,Roll(Raw)和Roll(Filtered)波动相同的幅度,但是Roll(Filtered)较平滑。
EF阶段:
以当以Y轴为转轴,快速来回小倾角转动时,Roll(Raw)有较剧烈的浮动,Roll(Filtered)却较为平滑。
BF阶段:
当向一个方向转动一定倾角时,另一个方向通过加速度算出的角度值会受较大影响,而卡曼滤波后的倾角基本不会变化。
小结:可见经过卡曼滤波以后,对于一些微小的抖动或者震动系统会将其过滤掉,发送出平稳变化的数据。
传感器的复位键可以将传感器当前的位置值记录并自动清零(Pitch=0,Roll=0)。

 

总结:

Sparkfun九自由度惯性测量传感器整体设计简约美观,四个固定孔便于用M3的螺栓将其固定;

功能强大,既可以直接读取经过卡曼滤波后平稳的三轴倾角,又可以得到原始灵敏的角度采集数据,将满足基本惯性量测量的需求;

数据读取简便,可以直接通过FTDI Basic向内部烧写驱动代码,并由其连接PC终端接收测量数据。


该传感器由DFRobot.com.cn 提供测试。

Tags:传感器

顶一下
(1)
100%
踩一下
(0)
0%
------分隔线----------------------------
发表评论(请自觉遵守互联网相关的政策法规,严禁发布色情、暴力、反动的言论)
评价:
表情:
用户名:密码: 验证码:点击我更换图片
最新评论(进入详细评论页>>)

赞助商链接