六自由度平台运动状态监测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及物体运动状态监测领域，具体涉及到六自由度平台运动状态监测装置。
[0002]
【背景技术】
[0003]六自由度运动平台是由六支作动筒，上、下各六只万向铰链和上、下两个平台组成，下平台固定在基础上，借助六支作动筒的伸缩运动，完成上平台在空间六个自由度(X，Υ，Ζ，α,β,γ)的运动，从而可以模拟出各种空间运动姿态。随着当今社会的快速发展，六自由度平台被广泛应用到各种训练模拟器如飞行模拟器、舰艇模拟器、海军直升机起降模拟平台、坦克模拟器、汽车驾驶模拟器、火车驾驶模拟器、地震模拟器以及动感电影、娱乐设备等领域，甚至可用到空间宇宙飞船的对接，空中加油机的加油对接中。
[0004]位姿是六自由度平台的一项重要指标，其全方位，全行程的动态精确监测，对于六自由度平台的精确控制以及其广泛应用有着十分重要的意义。
[0005]
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种小型便携式的六自由度平台运动姿态监测装置，包括单片机模块、传感器模块、发射/接受模块、数据存储模块、电源模块、以及LED状态显示模块。传感器采集得到六自由度平台运动姿态的模拟信号，经A/D转换后处理成数字信号导入单片机中，再由发射模块将数据无线传输到外部设备，从而得到运动参数，并存于数据存储模块，其中LED显示模块观察和监测六自由度平台的运动状态。克服了长期以来六自由度平台运动状态难以监测的问题，能够较为准确的得到六自由度平台的运动姿态，就目前市场而言，仍然没有较为简便的方法去直接测得六自由度平台的姿态。
[0007]所述六自由度平台运动姿态监测装置包括单片机模块、传感器模块、发射/接受模块、数据存储模块、电源模块以及LED状态显示模块。
[0008]单片机模块为主控芯片，快速识别和处理多个传感器上的多个数据，实时的接收和反馈得到的数据信息，主控芯片与传感器模块之间采用I2C通讯，由主控芯片通过I2C接口向传感器发送一个数据传输开始信号，在I2C总线上的传感器模块就开始等待主控芯片再次通过I2C接口发送出传感器模块地址信号，传感器模块有着自己单独的从机地址信号，此时I2C总线上的其他模块就会自动屏蔽之后主机发出的信号，达到传感器与主控芯片之间的通信。主控芯片与发射/接受模块之间采用SPI通讯模式，MISO数据线接受到信号经处移位寄存器理后得到数据转移到接收缓冲区，再由软件读取出来。当需要发送数据时，先把数据写入发送缓冲区，硬件会把待发送的数据用移位寄存器处理后输出到MOSI数据线上。传感器模块采用惯性测量单元，因为加速度传感器不能区分测得的加速度是由重力产生的还是由运动产生的，所以当其被作为角度检测器时需要对输出进行过滤，这项处理会使其实时性有所降低，因此传感器模块包括一个三轴加速度计和一个三轴陀螺仪，测量平台的加速度和角速度，从而解出平台的姿态，采用惯性测量单元系统，集成了三轴加速度计和三轴陀螺仪，可精确跟踪六自由度平台快速和慢速的运动，传感器的测量范围是用户可控的，并且该芯片内部有着可编程的低通滤波器，可以调节加速度传感器和陀螺仪的测量范围，该芯片能移除加速度计与陀螺仪的轴间敏感度，降低设定给予的影响与感测器的漂移。发射/接受模块中的芯片具备自发射功能，由于SPI的通讯速率相对I2C来说较快，并且能够由MCU通过SPI接口来访问该芯片的寄存器来配置芯片，达到控制该模块来实现无线发射/接受的目的，工作在2.4-2.5GHz频段，6个数据传输通道，最大无线传输速率为2Mbits，为达到结构紧凑，体积较小的目标，选用PCB板载天线传输，不采用外接天线。在发射/接受模块中的主机和从机的程序基本相同，只是在main函数中对驱动函数调用的流程不一样，从机在接收模式时相应的主机处于发送模式，从机在发送模式时主机处于接收模式；在数据存储模块中，我们需要保存该装置所测得的数据，以备后期的再次利用和校正，采用外接SD卡，具备自弹出功能，带插拔侦测功能，有着较好的存储和再使用效果，SD1接口包含CLK、CMD及4条DAT [3:0]信号线，这6条信号线都是共用的总线，即新加入的设备可以并联接入到SD1接口。SD1主机不需要片选信号线，因为其寻址方式为通过命令和SD从设备的响应来寻址。其中，CLK为时钟信号线，由主机产生时钟信号，每个时钟周期传输一位命令或数据；CMD为命令信号线，SD1的所有由主机发出的命令及从机对命令的响应都要靠这条信号线来传输；DAT[3:0]表示4条数据信号线，用来传输主机和从机的数据信号。电源模块5中，本着减小干扰，提高精度，采用电池供电，也能降低成本，在这里是给整个装置供电。LED状态显示模块6显示该装置的工作状态。
[0009]
本发明有着以下有益效果:
1.采用捷联方式测量，并将各个模块集成在同一电路板上，体积小，结构紧凑，质量小，精度高，便携性强；
2.内部有着自带的发射/接受模块，不仅能够实时监测，还能自动将运动状态数据传输到外部设备；
3.电源的供电质量对传感器的测量品质有着直接的影响，该装置采用内部电池供电，降低了外接电源对于内部电路的干扰，大大的提高了测量精度，降低了成本；
4.内部带有SD卡自动存储功能，可以保存测量得到的数据。
【附图说明】
[0010]图1是本发明的电路框图；
图2是本发明的传感器模块主控芯片图；
图3是本发明的数据存储模块电路图；
图4是本发明的无线发射/接受模块电路图；
图5是本发明的外观设计电路图；
I一单片机模块，2—传感器模块，3—发射/接受模块，4一数据存储模块，5 —电源模块，6 —LED状态显不模块，7-12一自检器，13 —x轴加速度彳目号，14一y轴加速度彳目号，15一z轴加速度信号，16—X轴角速度信号，17—y轴角速度信号，18—z轴角速度信号，19一温度传感器，20—电荷栗，21-27—AD转换器，28—时钟，29—信号处理器，30 —中断状态寄存器，31—FIFO寄存器，32—配置寄存器，33—传感器寄存器，34—校准器，35—从动I2C和SPI串行接口，36—主控I2C串行接口，37—串行接口，38—数字运动处理器，39—偏压和低压差线性稳压器，40—数据信号线0，41 一数据信号线1，42—数据信号线2，43—数据信号线3，44一命令信号线，45—时钟信号线，46 — TF检查线，47—接地，48 —电源输入端，49一芯片使能端，50—SPI通讯协议中的片选端，51—时钟控制端，52—主输出从输入端，53—主输入从输出端，54 —中断请求端，55—复位键，56—功能按键，57—电源开关
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图对本发明的优选实施例进行说明，以详细说明本发明的技术方案。
[0012]
由图1所示，本发明提供的是一种小型可便携式六自由度平台运动状态监测仪器，该装置包括单片机模块1、传感器模块2、发射/接受模块3、数据存储模块4、电源模块5、以及LED状态显示模块6。
[0013]单片机模块I是主控模块，，能够保证系统的实时性，并能快速识别和处理多个传感器上的多个数据，且有着较好的嵌入式能力，考虑到系统的性价比，可以采用ST公司的STM32F103CBT6单片机，其有着上述功能，且该芯片功耗低，用户可选择省电模式，通过Vbat来为RTC和后备寄存器供电。传感器模块2测得所需要的加速度和角速度信号参数，经AD转换后进入模块1，并由模块I发出指令，将数据存入模块4，同时通过访问模块3的SPI接口访问其内部芯片寄存器将并发出指令，实现模块3与外部设备之间的通讯，全程由模块5供电，模块6显示工作状态。主控芯片与传感器模块之间采用I2C通讯，由主控芯片通过I2C接口向传感器发送一个数据传输开始信号，在I2C总线上的传感器模块就开始等待主控芯片再次通过I2C接口发送出传感器模块地址信号，传感器模块有着自己单独的从机地址信号，此时I2C总线上的其他模块就会自动屏蔽之后主机发出的信号，达到传感器与主控芯片之间的通信。主控芯片与发射/接受模块之间采用SPI通讯模式，MISO数据线接受到信号经处移位寄存器理后得到数据转移到接收缓冲区，再由软件读取出来。当需要发送数据时，先把数据写入发送缓冲区，硬件会把待