一种适用于小型无人直升机的惯性传感器组件的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及惯性传感器组件领域，尤其涉及一种适用于小型无人直升机的惯性传感器组件。
【背景技术】
[0002]小型无人直升机作为一种可以垂直起降的无人飞行器，已经在侦察、测绘、消防减灾、电力巡线、农林植保、航拍等多个领域得到应用，但是小型无人直升机的工作环境通常比较恶劣，易受阵风干扰，并且机体震动较大，特别是小型油动无人直升机机体震动表现尤为明显。但是由于工作需要，小型无人直升机惯性传感器必须在高动态、强震动条件下依然能够提供实时准确的姿态、航向信息，这就对其使用的惯性传感器提出较高的要求。
[0003]目前传统的小型无人直升机所选用的惯性传感器主要分为两类，一类是高精度进口惯性传感器产品，该类惯性传感器尺寸重量较大，并且价格昂贵，其成本、尺寸、重量往往占据了小型无人直升机整个飞控硬件系统的一半以上，使得小型无人直升机难以在多个领域推广应用，特别是对价格较为敏感的农林植保等领域；另一类是采用惯性传感器芯片搭建的惯性传感器组件，该类传感器组件具有较高的性价比，但其通常选用的传感器芯片并非针对小型无人直升机这一特定应用场合，并且它们的数据处理芯片通常讯用DSP，可靠性不尚。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种适用于小型无人直升机的惯性传感器组件，以解决传统小型无人直升机传感器存在的尺寸重量较大、价格昂贵和可靠性不高的问题。
[0005]为了解决上述问题，本实用新型采用以下技术方案:
[0006]一种适用于小型无人直升机的惯性传感器组件，包括用于供电的电源模块、IMU模块、磁传感器模块、A/D转换模块和数据处理模块，所述的IMU模块包括加速度计模块和陀螺仪模块，所述的电源模块由MIC5205芯片、LT1763芯片和LT1461芯片组成，所述的加速度计模块采用两颗ADXL203加速度计芯片，所述的陀螺仪模块采用三颗ADXRS620陀螺仪芯片，所述的磁传感器模块采用HMC5983芯片，所述的A/D转换模块采用AD7689芯片，所述的数据处理模块采用STM32F405芯片；
[0007]所述的MIC5205芯片用于产生3.3V电压；
[0008]所述的LT1763芯片用于产生5V电压；
[0009]所述的LT1461芯片用于产生5V的参考电压；
[0010]所述的两颗ADXL203加速度计芯片用于采集x，y, z三个轴向的加速度；
[0011]所述的三颗ADXRS620陀螺仪芯片用于采集x，y, z三个轴向的角速度；
[0012]所述的HMC5983磁传感器芯片用于采集x，y, z三个轴向的磁通量；
[0013]电源模块为加速度计模块、陀螺仪模块、磁传感器模块、A/D转换模块和数据处理模块供电，加速度计模块和陀螺仪模块的输出端连接A/D转换模块的输入端，磁传感器模块和A/D转换模块的输出端连接数据处理模块的输入端。
[0014]所述的两颗ADXL203加速度计芯片分别设置在IMU模块的x轴和z轴上。
[0015]所述的三颗ADXRS620陀螺仪芯片采用正交排列的方式分别设置在IMU模块的x轴、y轴和z轴上。
[0016]首先，本实用新型所述的加速度计模块采用两颗ADXL203加速度计芯片，ADXL203加速度计芯片精度高，功耗低，可以在提高惯性传感器精度的同时减小功耗；其次，本实用新型所述的陀螺仪模块采用三颗ADXRS620陀螺仪芯片，ADXRS620陀螺仪芯片精度高，价格低廉，可以在提高惯性传感器精度的同时降低传感器的成本；再次，本实用新型所述的数据处理模块采用STM32F405芯片，STM32F405芯片功耗低、可靠性高、性价比高，其主频高达168MHz，并且自带单精度浮点运算功能，具有很强的数据处理能力，可以在提高惯性传感器精度的同时大大提高惯性传感器的稳定性，同时也大大提高了惯性传感器的性价比。
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型的原理框图；
[0018]图2为本实用新型的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]如图1所示，一种适用于小型无人直升机的惯性传感器组件，包括用于供电的电源模块、IMU模块、磁传感器模块3、A/D转换模块5和数据处理模块4 ;所述的IMU模块包括加速度计模块I和陀螺仪模块2 ;电源模块为加速度计模块1、陀螺仪模块2、磁传感器模块3、A/D转换模块5和数据处理模块4供电，加速度计模块I和陀螺仪模块2的输出端连接A/D转换模块5的输入端，磁传感器模块3和A/D转换模块5的输出端连接数据处理模块4的输入端；所述的电源模块包括MIC5205芯片、LT1763芯片和LT1461芯片，MIC5205芯片用于产生3.3V电压，LT1763芯片用于产生5V电压，LT1461芯片用于产生5V的参考电压；加速度计模块I由两颗ADXL203加速度计芯片组成，两颗ADXL203加速度计芯片分别设置在IMU模块的X轴和z轴上，用于采集X，y, z三个轴向的加速度，ADXL203加速度计芯片精度高，量程为±5g，模拟量输出，功耗低，可以在提高传感器精度的同时减小功耗；陀螺仪模块2由三颗ADXRS620陀螺仪芯片组成，三颗ADXRS620陀螺仪芯片采用正交排列的方式分别设置在IMU模块的X轴、y轴和z轴上，用于采集X，y, z三个轴向的角速度，ADXRS620陀螺仪芯片精度高，量程为±300° /s，模拟量输出，价格低廉，可以在提高传感器精度的同时降低传感器的成本；所述的磁传感器模块3采用HMC5983芯片，HMC5983芯片，量程为±3.5gauss，数字量输出，HMC5983芯片包含了 Honeywell公司的先进工艺，内置高分辨的磁阻传感器，HMC5983利用了霍尼韦尔的AMR技术，这种各向异性传感器具有轴向高灵敏度和线性高精度的特点，传感器具有对正交轴的低灵敏度的固相结构能用于探测地球磁场的方向和大小，这样就可以更加有效的提高惯性传感器的精度和灵敏度；所述的A/D转换模块5采用AD7689芯片，AD7689芯片16位分辨率，可实现8通道的模拟电压采集；所述的数据处理模块4采用STM32F405芯片，功耗低、可靠性高、性价比高，其主频高达168MHz，并且自带单精度浮点运算功能，具有很强的数据处理能力，用于数据采集滤波处理及输出，可以在提高惯性传感器精度的同时大大提高惯性传感器的稳定性，同时也大大提高了惯性传感器的性价比。
[0020]在小型无人机使用本实用新型所述的惯性传感器组件时，首先小型无人直升机的电源为该传感器组件供电，电源供电电压到达电源模块，经过MIC5205芯片产生3.3V的电压，进过LT1763芯片产生5V的电压，经过LT1461芯片产生5V的参考电压；其中5V的电压给两颗ADXL203加速度计芯片供电，因为两颗ADXL203加速度计芯片分别设置在IMU模块的X轴和z轴上，所以两颗ADXL203加速度计芯片可以对X、y、z三个轴向的加速度信息进行采集，之后输出三个轴向加速度的模拟量AX、AY、AZ ;同时5V的电压和5V的参考电压还给三颗ADXRS620陀螺仪芯片供电，因为三颗ADXRS620陀螺仪芯片采用正交排列的方式分别设置在IMU模块的X轴、y轴和z轴上，所以三颗ADXRS620陀螺仪芯片可以对x、y、z三个轴向的角速度信息进行采集，之后输出三个轴向角速度的模拟量GX、GY、GZ ;3.3V的电压、5V的电压和5V的参考电压还给HMC5983磁传感器芯片供电，由于HMC5983磁传感器芯片输出的是数字量，所以HMC5983磁传感器芯片采集的三轴磁通量信息直接采用SPI总线的形式输出至数据处理模块4 ;但是因为两颗ADXL203加速度计芯片和三颗ADXRS620陀螺仪芯片采集到的三个轴向加速度AX、AY、AZ和三个轴向角速度GX、GY、GZ是模拟量，所以还要先将AX、AY、AZ和GX、GY、GZ先输入A/D转换模块5，将AX、AY、AZ和GX、GY、GZ这些模拟量转化为数据处理单元可以处理的数字量，然后转换成的数字信号经SPI总线的形式输出至数据处理模块4 ;数据处理模块4采用STM32F405芯片，将接收到的两路SPI总线上传输的三轴角速度、三轴加速度、三轴磁通量信息采用滑动平均滤波的方式进行处理，并将经过滤波后的数据打包通过串口输出以供小型无人直升机使用。
[0021]本实用新型选用具有较高精度及性能的陀螺仪及加速度计芯片，采用正交排列组合的方式搭建惯性传感器组件，特别适合用于具有较强震动及较高动态条件下的小型无人直升机姿态测量及计算。另外，本实用新型采用的数据处理模块4为ST公司最新推出的STM32F405微处理器芯片，代替传统惯性传感器组件所选用的DSP或其他类型的单片机，具有较高的性价比，在提高处理能力的同时进一步降低了惯性传感器组件的成本。
【主权项】
1.一种适用于小型无人直升机的惯性传感器组件，包括用于供电的电源模块、MU模块、磁传感器模块、A/D转换模块和数据处理模块，其特征在于:所述的IMU模块包括加速度计模块和陀螺仪模块，所述的电源模块由MIC5205芯片、LT1763芯片和LT1461芯片组成，所述的加速度计模块采用两颗ADXL203加速度计芯片，所述的陀螺仪模块采用三颗ADXRS620陀螺仪芯片，所述的磁传感器模块采用HMC5983芯片，所述的A/D转换模块采用AD7689芯片，所述的数据处理模块采用STM32F405芯片； 所述的MIC5205芯片用于产生3.3V电压； 所述的LT1763芯片用于产生5V电压； 所述的LT1461芯片用于产生5V的参考电压； 所述的两颗ADXL203加速度计芯片用于采集X，y, z三个轴向的加速度； 所述的三颗ADXRS620陀螺仪芯片用于采集X，y, z三个轴向的角速度； 所述的HMC5983磁传感器芯片用于采集X，y, z三个轴向的磁通量； 电源模块为加速度计模块、陀螺仪模块、磁传感器模块、A/D转换模块和数据处理模块供电，加速度计模块和陀螺仪模块的输出端连接A/D转换模块的输入端，磁传感器模块和A/D转换模块的输出端连接数据处理模块的输入端。2.根据权利要求1所述的一种适用于小型无人直升机的惯性传感器组件，其特征在于:所述的两颗ADXL203加速度计芯片分别设置在IMU模块的x轴和z轴上。3.根据权利要求1所述的一种适用于小型无人直升机的惯性传感器组件，其特征在于:所述的三颗ADXRS620陀螺仪芯片采用正交排列的方式分别设置在IMU模块的x轴、y轴和z轴上。
【专利摘要】本实用新型提供了一种适用于小型无人直升机的惯性传感器组件，包括用于供电的电源模块、IMU模块、磁传感器模块、A/D转换模块和数据处理模块，其特征在于：所述的IMU模块包括加速度计模块和陀螺仪模块，所述的电源模块由MIC5205芯片、LT1763芯片和LT1461芯片组成，所述的加速度计模块采用两颗ADXL203加速度计芯片，所述的陀螺仪模块采用三颗ADXRS620陀螺仪芯片，所述的磁传感器模块采用HMC5983芯片，所述的A/D转换模块采用AD7689芯片，所述的数据处理模块采用STM32F405芯片；电源模块为加速度计模块、陀螺仪模块、磁传感器模块、A/D转换模块和数据处理模块供电，加速度计模块和陀螺仪模块的输出端连接A/D转换模块的输入端，磁传感器模块和A/D转换模块的输出端连接数据处理模块的输入端。
【IPC分类】G01C21/08, G01C21/16
【公开号】CN204788412
【申请号】CN201520496082
【发明人】陈亚锋, 胡宁博, 苏红飞, 李之果
【申请人】中国电子科技集团公司第二十七研究所
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年7月10日