一种12轴姿态传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种12轴姿态传感器，该姿态传感器包括与16位微处理器通过双向数据线直接连接的9轴运动感测追踪组件、气压传感器、温度湿度传感器，双向数据线还通过USB接口与16位微处理器双向连接，在USB接口与16位微处理器双向连线之间并联有ESD抑制器，所述16位微处理器、ESD抑制器、9轴运动感测追踪组件、气压传感器和温度湿度传感器均由稳压器提供电源，稳压器还通过USB接口输出3.3V直流电源，通过USB接口还可向稳压器输入5V直流电源。该姿态传感器由于采用了超小集成多功能芯片，既可以减少元器件的数量也可以节约电路板空间。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及MEMS传感器【技术领域】，具体地说，涉及一种12轴MEMS姿态传感 器。 一种12轴姿态传感器
【背景技术】
[0002] 当今社会姿态传感器的应用可谓无处不在，可广泛嵌入到军用小型无人机、单兵 系统、虚拟现实、卫星基站、运营商基站、武警消防、石油石化炼油车间、高铁隧道、肢体康复 穿戴、人体运动等设备中。12轴MEMS姿态传感器是基于MEMS技术的高性能三维运动姿态 测量系统。它包含9轴运动感测追踪组件、气压传感器、温度湿度传感器，通过内嵌的低功 耗MCU处理器得到经过温度补偿的三维姿态与方位等数据。利用基于四元数的三维算法和 特殊数据融合技术，实时输出以四元数、欧拉角表示的零漂移三维姿态方位数据。
[0003] 但是，由于姿态传感器测量的数据较多，需要的传感器种类多、元器件数量大等问 题，姿态传感器模块通常都比较庞大，不方便嵌入和携带。 实用新型内容
[0004] 为了克服上述技术问题，本实用新型的一个重要目的就是减小姿态传感器模块的 外形尺寸，以更好的嵌入到需要高动态三维姿态测量的产品设备中，便于携带。
[0005] 为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是提供一种12轴姿态传感器，其 特征在于，该姿态传感器包括与16位微处理器通过双向数据线直接连接的9轴运动感测追 踪组件、气压传感器、温度湿度传感器，双向数据线还通过USB接口与16位微处理器双向连 接，在USB接口与16位微处理器双向连线之间并联有ESD抑制器，所述16位微处理器、ESD 抑制器、9轴运动感测追踪组件、气压传感器和温度湿度传感器均由稳压器提供电源，稳压 器还通过USB接口输出3. 3V直流电源，通过USB接口还可向稳压器输入5V直流电源。
[0006] 其中优选的技术方案是，在所述9轴运动感测追踪组件内设有3轴加速度传感器、 3轴陀螺仪、3轴地磁传感器。
[0007] 优选的技术方案还有，在所述气压传感器上设有SPI和I2C总线接口，在所述气压 传感器内设有24位模数转换器。
[0008] 优选的技术方案还有，在所述温度湿度传感器上嵌入了适于回流焊的双列扁平无 引脚DFN封装，在所述温度湿度传感器内设置有CMOSens?芯片、一个经过改进的电容式 湿度传感元件和一个标准的带隙温度传感元件、一个放大器、AD转换器、0ΤΡ内存和数字处 理单元。
[0009] 优选的技术方案还有，所述ESD抑制器为防静电干扰型ESD抑制器。
[0010] 优选的技术方案还有，所述16位微处理器选用MSP430F552X系列的16位微处理 器。
[0011] 优选的技术方案还有，所述姿态传感器的外形尺寸为29X15 X 4. 8mm。
[0012] 优选的技术方案还有，所述稳压器为线性稳压器。
[0013] 本实用新型的优点及有益效果在于，该姿态传感器由于采用了超小集成多功能芯 片，既可以减少元器件的数量也可以节约电路板空间。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1为本实用新型12轴姿态传感器的电路原理框图；
[0015] 图2为本实用新型实施例的电路图。
【具体实施方式】
[0016] 下面参考附图来说明本实用新型的实施例。在本实用新型的一个附图或一种实施 方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其他附图或实施方式中示出的元素和特征 相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本实用新型无关的、本领域普 通技术人员已知的部件或处理的表示和描述。
[0017] 下面结合附图对本实用新型做进一步描述。
[0018] 如图1所示，本实用新型是一种12轴姿态传感器，该姿态传感器包括与16位微处 理器1通过双向数据线2直接连接的9轴运动感测追踪组件3、气压传感器4、温度湿度传 感器5,双向数据线还通过USB接口 6与16位微处理器1双向连接，在USB接口 6与16位 微处理器1双向连线2之间并联有ESD抑制器7,所述16位微处理器1、ESD抑制器7、9轴 运动感测追踪组件3、气压传感器4和温度湿度传感器5均由稳压器8提供电源，稳压器8 还通过USB接口 6输出3. 3V直流电源，通过USB接口 6还可向稳压器8输入5V直流电源。
[0019] 其中优选的实施方案是，在所述9轴运动感测追踪组件3内设有3轴加速度传感 器、3轴陀螺仪、3轴地磁传感器。
[0020] 优选的实施方案还有，在所述气压传感器4上设有SPI和I2C总线接口，在所述气 压传感器4内设有24位模数转换器。
[0021] 优选的实施方案还有，在所述温度湿度传感器5上嵌入了适于回流焊的双列扁平 无引脚DFN封装，在所述温度湿度传感器5内设置有CMOSens?芯片、一个经过改进的电 容式湿度传感元件和一个标准的带隙温度传感元件、一个放大器、AD转换器、0ΤΡ内存和数 字处理单元。
[0022] 优选的实施方案还有，所述ESD抑制器7为防静电干扰型ESD抑制器。
[0023] 优选的实施方案还有，所述16位微处理器1选用MSP430F552X系列的16位微处 理器。
[0024] 优选的实施方案还有，所述姿态传感器的外形尺寸为29X15X4. 8mm。
[0025] 优选的技术方案还有，所述稳压器8为线性稳压器。
[0026] 实施例1
[0027] 如图2所示，本实用新型一种12轴姿态传感器，在其内部集成由1、9轴运动感测 追踪组件（三轴加速度传感器、三轴陀螺仪、三轴地磁传感器）2、MEMS气压传感器4、高精 度温度湿度传感器5、16位超低功耗16位微处理器1以及两个ESD抑制器。
[0028] 9轴运动感测追踪组件采用的是InvenSense的MPU-9150 (U5)，MPU-9150为全球首 例九轴运动感测追踪传感器，专为如智能型手机、平板电脑、配戴式传感器等须要低功耗、 低成本、高性能的消费性电子产品设备设计。MPU-9150(U5)为系统级封装（SiP:Sy Stemin Package)产品，所含之九轴运动感测融合算法，可连接所有内部的传感器，收集整组感测数 据。此产品为4x4x1mm的LGA包装，易于安装在空间受限的板子上。
[0029] 气压传感器是由MEAS(瑞士）推出的一款SPI和I2C总线接口的新一代高分辨 率气压传感器4MS5611(U7)，分辨率可达到10cm。该传感器模块包括一个高线性度的压力 传感器和一个超低功耗的24位模数转换器。MS5611提供了一个精确的24位数字压力值 和温度值以及不同的操作模式，可以提高转换速度并优化电流消耗。高分辨率的温度输出 无须额外传感器可实现高度计/温度计功能。MS5611压力传感器只有5. 0毫米X3. 0毫 米X 1. 0毫米的小尺寸可以集成在移动设备中。这款传感器采用领先的MEMS技术并得益 于MEAS(瑞士）十余年的成熟设计以及大批量制造经验，保证产品具有高稳定性以及非常 低的压力信号滞后。
[0030] 新一代Sensirion湿度和温度传感器SHT20P(U3)在尺寸与智能方面建立了新的 标准：它嵌入了适于回流焊的双列扁平无引脚DFN封装，底面3x3mm，高度1. 1_。传感器输 出经过标定和线性处理的PWM信号。SHT21P(U3)配有一个全新设计的CMOSens?芯片、 一个经过改进的电容式湿度传感元件和一个标准的带隙温度传感元件、一个放大器、AD转 换器、0ΤΡ内存和数字处理单元，它在高湿环境下的性能更稳定。
[0031] 16位超低功耗16位微处理器1采用的是TI的MSP430F552X (U2)系列，该处理器 具有超低功耗、集成各种智能外设、16位RISC CPU架构、易于启动设计工作等特性。
[0032] TI的ESD抑制器TPD8E003 (U4、U6)是DQD封装（节省空间的超薄，小外形无引线 (0. 4毫米间距）封装）的8通道ESD钳位阵列，这种集成的瞬态电压抑制装置是专为需要 的系统级ESD防护设计。其集成的设计为单一封装内8个独立的线路应用提供了非常有效 和可靠保护，满足超过静电放电（4级）的ESD保护要求。在本发明中应用于存储器接口和 对接连接器接口。
[0033] 本实用新型的尺寸为29x15x4. 8mm，为国内同类型传感器模块尺寸1/3,可以更好 的嵌入到应用电路中去，同时也便于携带。
[〇〇34] 最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例， 而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可 以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此 所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。
【权利要求】
1. 一种12轴姿态传感器，该姿态传感器包括与16位微处理器通过双向数据线直接连 接的9轴运动感测追踪组件、气压传感器、温度湿度传感器，双向数据线还通过USB接口与 16位微处理器双向连接，在USB接口与16位微处理器双向连线之间并联有ESD抑制器，所 述16位微处理器、ESD抑制器、9轴运动感测追踪组件、气压传感器和温度湿度传感器均由 稳压器提供电源，稳压器还通过USB接口输出3. 3V直流电源，通过USB接口还可向稳压器 输入5V直流电源。
2. 如权利要求1所述的姿态传感器，其特征在于，在所述9轴运动感测追踪组件内设有 3轴加速度传感器、3轴陀螺仪、3轴地磁传感器。
3. 如权利要求1所述的姿态传感器，其特征在于，在所述气压传感器上设有SPI和I2C 总线接口，在所述气压传感器内设有24位模数转换器。
4. 如权利要求1所述的姿态传感器，其特征在于，在所述温度湿度传感器上嵌入了适 于回流焊的双列扁平无引脚DFN封装，在所述温度湿度传感器内设置有CMOSens?芯片、 一个经过改进的电容式湿度传感元件、一个标准的带隙温度传感元件、一个放大器、AD转换 器、0TP内存和数字处理单元。
5. 如权利要求1所述的姿态传感器，其特征在于，所述ESD抑制器为防静电干扰型ESD 抑制器。
6. 如权利要求1所述的姿态传感器，其特征在于，所述16位微处理器选用 MSP430F552X系列的16位微处理器。
7. 如权利要求1所述的姿态传感器，其特征在于，所述姿态传感器的外形尺寸为 29 X 15 X 4. 8mm。
8. 如权利要求1所述的姿态传感器，其特征在于，所述稳压器为线性稳压器。
【文档编号】G01C21/00GK203837720SQ201420232975
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年5月8日 优先权日:2014年5月8日
【发明者】王国安 申请人:诺伯乐(北京)科技有限公司