基于can总线的多传感器校正通信方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及传感器数据的校正方法，具体地说是一种通过CAN总线通信，涉及加 速度和陀螺仪两种传感器数据的校正方法。
【背景技术】
[0002] 随着科技的发展，机器人越来越频繁地出现在人们的视野，人们的生活中，如 自动化驾驶仪、空中机器人。而在机器人的控制中，姿态的精准度最为关键，计算姿态 的传感器中加速度和陀螺仪最为常见。一般我们将加速度和陀螺仪两种传感器合称为 MEMS(micro-electro-mechanicalsystem)，本专利中简称为测量单元节点。由于存在着随 温度变化的零点漂移（bias)和随温度变化的比例因子（scale)失真，以及生产工艺或焊接 工艺带来的三维传感器带来的三轴之间的非正交耦合误差（M)等线性和非线性误差。
[0003] 在项目中需要在测量单元节点使用前进行校正，为了批量生产的方便，需要一种 简单而有效的校正方法，需要对多个测量单元节点进行同时校正而且要控制校正设备的低 成本。此时需要测量的数据量较大，频率较高以提高测量精度，且为了节约时间而进行多 传感器校正，且由于计算量较大，测量单元节点无法独自进行校正，需要借助计算机进行运 算，故需要的通信协议要求如下：
[0004] 1)无拥塞，测量单元节点间没有优先级区分，而通信模型为一个计算机主机对多 个测量单元节点，在测量单元节点增加时，通信不能出现数据堵塞。而在多个测量单元节点 同时发送数据而没有进行控制的情况下，有很大几率会造成数据拥塞。
[0005] 2)无丢包，由于大多数传感器校正算法中需要稳定的时间间隔，丢包后会对算法 造成噪声，降低精确度；而且由于单个测量数据的数据量较大，需要分包，丢包后容易出现 数据错位或数据异常、数据拥塞。
[0006] 3)快速，由于在传感器算法中，数据的测量时间间隔越短，校正的结果越精确，所 以数据采集较快，若用轮询方式会占用双倍的数据带宽。
[0007]CAN是ControllerAreaNetwork的缩写（以下称为CAN)，是ISO国际标准化的 串行通信协议，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线 是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为 分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。
【发明内容】
[0008] 针对上述问题，本发明的目的在于提供一种MEMS测量单元节点的校正方法，一种 简单而有效、批量而低成本、基于CAN总线与主机通信的校正方法。
[0009] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
[0010] 基于CAN总线的多传感器校正通信方法，其包括以下步骤：
[0011] 步骤1、测量单元节点上电后发送申请编号帧给主机，申请编号帧中的数据段为测 量单元节点的唯一芯片编号，所述测量单元节点包括加速度计和陀螺仪；
[0012] 步骤2、主机接收所述申请编号帧后，查找哈希表并记录所述唯一芯片编号，同时， 向测量单元节点发送编号分配帧，所述编号分配帧包括为测量单元节点分配的单元编号和 组号；
[0013] 步骤3、测量单元节点接收到主机发送的编号分配帧并判断所述编号分配帧是否 相符，如果相符，则该测量单元节点编号分配完毕，等待主机的控制命令，编号分配后的测 量单元节点不再以其唯一芯片编号判断，而以主机分配的单元编号和组号进行判断；
[0014] 步骤4、主机通过图形化界面进行测量流程控制，并使能相应的测量单元节点进入 校正流程，以获得每个测量单元节点的校正矩阵，所述主机通过校正设备对测量单元节点 进行校正，所述校正设备包括水平转台和带有多个测量单元节点插槽且可六个方向水平摆 放的正方体测量单元节点安装架，所述水平转台由主机通过CAN总线控制的电机驱动下转 动，所述正方体测量单元节点安装架固定安装于水平转台的上侧中心位置，所述测量单元 节点安装于正方体测量单元节点安装架内，所述校正矩阵包括零点漂移矩阵、比例因子矩 阵以及三轴之间的非正交耦合误差矩阵；
[0015] 步骤5、校正完成后，主机将带有校正矩阵的校正数据帧通过CAN总线发送给相应 的测量单元节点，测量单元节点接收到校正数据帧后记录并替换原有数据计算参数。
[0016] 所述步骤2中，主机分配组号的方法依据测量单元节点的上电顺序或用户选择或 者单元编号进行，每个测量单元节点只能对应一个组号。
[0017] 所述步骤3中，判断所述编号分配帧是否相符的方法为：先判断测量单元节点是 否处于等待编号分配阶段，如果是，则再将编号分配帧中的芯片编号与测量单元节点的唯 一芯片编号进行比对验证。
[0018] 所述步骤4中，所述校正流程包括以下步骤：
[0019] 步骤41、主机通过图形化界面使能测量单元节点进入传感器数据采集阶段，此时， 主机发送起始帧或继续帧，使能目标组号的测量单元节点或者起始单元编号到结束单元编 号的测量单元节点开始传感器数据采集；数据采集时，主机通过CAN总线控制电机的转动 状态获取每个测量单元节点校正数据，所述校正数据包括加速度计x、y、z三轴在静止状态 下六个方向的输出数据、陀螺仪x、y、z三轴在静止状态下六个方向的输出数据、以及沿陀 螺仪x、y、z三轴以固定角速度旋转时的实时传感器数据，静止状态下的输出数据以及实时 传感器数据均为多组；
[0020] 步骤42、主机通过校正算法以及校正数据计算获得校正矩阵。
[0021] 所述步骤42包括以下步骤：
[0022] 步骤421、建立误差模型：
[0023] 在不考虑温度影响的情况下，校正矩阵分别为：
【主权项】
1. 基于CAN总线的多传感器校正通信方法，其特征在于，其包括以下步骤： 步骤1、测量单元节点上电后发送申请编号帧给主机，申请编号帧中的数据段为测量单 元节点的唯一芯片编号，所述测量单元节点包括加速度计和陀螺仪； 步骤2、主机接收所述申请编号帧后，查找哈希表并记录所述唯一芯片编号，同时，向 测量单元节点发送编号分配帧，所述编号分配帧包括为测量单元节点分配的单元编号和组 号； 步骤3、测量单元节点接收到主机发送的编号分配帧并判断所述编号分配帧是否相符， 如果相符，则该测量单元节点编号分配完毕，等待主机的控制命令，编号分配后的测量单元 节点不再以其唯一芯片编号判断，而以主机分配的单元编号和组号进行判断； 步骤4、主机通过图形化界面进行测量流程控制，并使能相应的测量单元节点进入校正 流程，以获得每个测量单元节点的校正矩阵，所述主机通过校正设备对测量单元节点进行 校正，所述校正设备包括水平转台和带有多个测量单元节点插槽且可六个方向水平摆放的 正方体测量单元节点安装架，所述水平转台由主机通过CAN总线控制的电机驱动下转动， 所述正方体测量单元节点安装架固定安装于水平转台的上侧中心位置，所述测量单元节点 安装于正方体测量单元节点安装架内，所述校正矩阵包括零点漂移矩阵、比例因子矩阵以 及三轴之间的非正交耦合误差矩阵； 步骤5、校正完成后，主机将带有校正矩阵的校正数据帧通过CAN总线