一种新型陀螺仪传感器数据输出系统及其控制方法与流程

本发明涉及传感器领域，主要涉及一种新型的陀螺仪传感器数据输出系统以及其数据输出控制方法。

背景技术：

陀螺仪传感器可以准确检测移动物体的方位、加速度、角速度及倾斜角度等信号，以便驾驶员或用自动导航仪来控制移动对象按既定路线运动，在航空领域中，可直接利用这些信号完成航行体的姿态控制和轨道控制，因此被广泛应用于现代航空、航海、无人驾驶汽车等领域。

现有陀螺仪传感器采用串行传输，传输频率在几十到几百赫兹，每个传输周期内串行发送了加速度、角速度、倾斜角度等数据包，数据按位接收与处理耗时长，不适用于高精度、快速控制场合，因此需要设计一种新型的陀螺仪传感器数据输出系统与方法，既可串行输出也可高速并行输出，提高数据传输速度，降低数据包传输时间，克服传统串行传输占用一个周期内时间长的缺点。

技术实现要素：

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种新型陀螺仪传感器数据输出系统及其控制方法，目的在于在已有的串行输出数据的基础上，提供一种将串行输出变为并行输出，降低数据传输时间，具体技术方案是通过移位寄存器串入并出，采用单片机记录数据二次并行输出数据，降低一个周期内数据传输时间，使陀螺仪传感器可胜任高精度、快速处理场合。

技术方案：本发明提供了一种新型陀螺仪传感器数据输出系统，包括陀螺仪传感器、8位移位寄存器、单片机以及下位机，所述8位移位寄存器输入端与陀螺仪传感器的串行输出口电连接，8位移位寄存器的输出端与单片机输入端信号连接，所述单片机的输出端与下位机信号连接；

所述陀螺仪传感器串行输出端tx与8位移位寄存器的dsa端口信号连接，且其还与单片机的p3.0口信号连接；所述8位移位寄存器的8位输出口q0-q7与单片机的p1.0-p1.7口信号连接；所述单片机的p3.2口周期性输出脉冲信号cp0，输出取反后与8位移位寄存器的cp端电连接；单片机的p3.3口输出脉冲触发信号cp1；单片机的p0.0-p0.7口与下位机信号连接，并行输出陀螺仪传感器的检测值。

进一步地，所述8位移位寄存器型号为74ls164，所述单片机选择stc89c52。

进一步地，所述陀螺仪传感器按串行方式1输出数据，其每隔10ms发送一帧数据包，数据包内容包括加速度包、角速度包、角度包；每个数据包占用11个字节，包括：包头、包的标识、x轴数据低字节、x轴数据高字节、y轴数据低字节、y轴数据高字节、z轴数据低字节、z轴数据高字节、温度低字节、温度高字节以及校验和。

一种基于新型陀螺仪传感器数据输出系统的数据输出控制方法，其具体控制方法为：

s1：陀螺仪传感器tx端串行方式1输出数据，单片机检测tx端发出的包头初始位；

s2：单片机的p3.2引脚输出触发信号cp0，8位移位寄存器接收到cp0信号，在cp0的每个下降沿触发，移位、寄存1位数据；

s3：单片机检测每个字节的停止位，当检测到停止位时，cp0输出高电平信号，如未检测到停止位信号，则重复s2；

s4：cp0高电平期间，单片机接收8位移位寄存器已接收的8位数据信号；

s5：单片机检测下一个字节的起始位，重复s1-s4，依次完成3个数据包中每个字节数据的移位、寄存、输出给单片机；

s6：单片机检测角度包的校验和停止位，如检测到角度包中校验和的信息停止位，一个周期的串行数据接收结束，单片机p3.3口产生1个下降沿信号cp1，为下位机接收提供触发信号，保证下位机接收信号的完整与准确。

有益效果：

1、本发明在保留陀螺仪传感器串行输出口的基础上，采用移位寄存器将串行数据改为并行传输，再由单片机控制，对数据保存与二次并行输出，并行发送信号，降低一个周期内数据传输时间。

2、本发明采用单片机用提供下降沿触发脉冲cp1，为下位机接收提供触发信号，保证下位机接收信号的完整与准确，方便用户使用。

3、本发明中采用同步触发脉冲cp0的周期为8.68μs，接收33个字节数据共用时286μs，使陀螺仪传感器可胜任高精度、快速处理场合。

4、本发明还可应用于其他串行数据传输领域，具有广泛的适用性。

附图说明

图1为本发明的系统结构图；

图2为本发明的系统外部并行输出时序图；

图3为本发明的系统内部时序图；

图4为本发明的控制流程图；

图5为本发明的仿真图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的介绍。

一种新型陀螺仪传感器数据输出系统及其控制方法，目的在于在已有的串行输出数据的基础上，提供一种将串行输出变为并行输出，降低数据传输时间，具体技术方案是通过移位寄存器串入并出，采用单片机记录数据二次并行输出数据，降低一个周期内数据传输时间，使陀螺仪传感器可胜任高精度、快速处理场合。

本发明提供了一种新型陀螺仪传感器数据输出系统，包括陀螺仪传感器、8位移位寄存器、单片机以及下位机，8位移位寄存器输入端与陀螺仪传感器的串行输出口电连接，8位移位寄存器74ls164的输出端与单片机输入端信号连接，单片机的输出端与下位机信号连接。

本实施方式中，陀螺仪传感器采用bwt61型号，8位移位寄存器型号为74ls164，单片机选择stc89c52。

陀螺仪传感器串行输出端tx与8位移位寄存器的dsa端口信号连接，且其还与单片机的p3.0口信号连接。8位移位寄存器的8位输出口q0-q7与单片机的p1.0-p1.7口信号连接。单片机的p3.2口周期性输出脉冲信号cp0，输出取反后与8位移位寄存器的cp端电连接。单片机的p3.3口输出脉冲触发信号cp1。单片机的p0.0-p0.7口与下位机信号连接，并行输出陀螺仪传感器的检测值。

图2为本发明的系统外部并行时序图，在一个传输周期中，陀螺仪传感器按串行方式1输出数据，其每隔10ms发送一帧数据包，依次串行传送加速度包、角速度包、速度包，每个数据包内含11字节，分别为：包头、包的标识（0x51、0x52、0x53分别对应加速度包、角速度包、角度包的标识）、x轴数据低字节、x轴数据高字节、y轴数据低字节、y轴数据高字节、z轴数据低字节、z轴数据高字节、温度低字节、温度高字节以及校验和。数据包传输期间，单片机stc89c52的p3.4口输出高电平，当检测到数据包传输结束停止位时，单片机stc89c52的p3.3口输出cp1脉冲，下降沿触发，为下位机接收提供触发信号，数据输出系统外部并行传输数据。

本发明陀螺仪传感器数据输出控制方法包括如下步骤：

s1：陀螺仪传感器tx端串行方式1输出数据，单片机检测tx端发出的包头初始位；

s2：单片机的p3.2引脚输出触发信号cp0，8位移位寄存器接收到cp0信号，在cp0的每个下降沿触发，移位、寄存1位数据；

s3：单片机检测每个字节的停止位，当检测到停止位时，cp0输出高电平信号，如未检测到停止位信号，则重复s2；

s4：cp0高电平期间，单片机接收8位移位寄存器已接收的8位数据信号；

s5：单片机检测下一个字节的起始位，重复s1-s4，依次完成3个数据包中每个字节数据的移位、寄存、输出给单片机；

s6：单片机检测角度包的校验和停止位，如检测到角度包中校验和的信息停止位，一个周期的串行数据接收结束，单片机p3.3口产生1个下降沿信号cp1，为下位机接收提供触发信号，保证下位机接收信号的完整与准确。

图3为本发明的系统内部时序图，以角速度包为例，详细解释上述步骤，其传输的11个字节包括：包头（0x55）、包头标识（0x51为加速度包）、x轴加速度低字节、x轴加速度高字节、y轴加速度低字节、y轴加速度高字节、z轴加速度低字节、z轴加速度高字节、温度低字节、温度高字节、校验和。每个字节数据按照串行方式1传送，传送中空闲位为1，起始位为0，停止位为1。

单片机stc89c52检测包头字节起始位，当检测到包头字节起始位时，单片机stc89c52的p3.2口输出下降沿触发脉冲cp0，控制8位移位寄存器74ls164移位接收数据，单片机stc89c52检测包头字节停止位，当检测到包头停止位时，单片机stc89c52的p3.2口输出高电平信号，同时，8位移位寄存器74ls164将接收到的8位包头数据0x55传送给单片机stc89c52。当检测到包头标识字节的起始位时，cp0输出下降沿触发脉冲，开始接收包头标识字节的8位数据，当检测到包头标识字节的停止位时，单片机stc89c52的p3.2口输出高电平信号，同时，8位移位寄存器74ls164将接收到的8位包头标识数据0x51传送给单片机stc89c52。依次完成x轴加速度低字节、x轴加速度高字节、y轴加速度低字节、y轴加速度高字节、z轴加速度低字节、z轴加速度高字节、温度低字节、温度高字节、校验和数据的传输。

图4为本发明的控制流程图，陀螺仪传感器tx端串行输出数据，单片机对数据起始位检测，当检测到起始位时，单片机输出下降沿触发脉冲cp0，控制8位移位寄存器移位接收字节数据，单片机检测字节停止位，如果没有检测到当前字节的停止位，8位移位寄存器继续接收数据，当检测到停止位时，cp0输出高电平，同时将移位寄存器接收的8位数据传送给单片机，单片机检测是否为角度包校验和的停止位，即判断一个周期的数据传送是否结束，如果没有检测到角度包校验和的停止位，则继续完成数据包中每个字节的数据接收与传送，如果检测到角度包校验和的停止位，则一个周期的数据传输结束，单片机输出下降沿触发脉冲cp1，向下位机并行输出已接收的一个周期数据。

图5为本发明的仿真图，a为串行数据输出触发信号cp0，在低平时，串行输出传感器信号，当陀螺仪传感器信号输出结束时，转为高电平，周期t=10ms，陀螺仪传感器信号输出时间（低电平时间）为2.8ms。b为串行数据输出，10ms输出一次，每次需2.8ms。c为并行数据输出触发信号cp1，在低平时，并行输出传感器信号，当传感器信号输出结束时，转为高电平，周期t=10ms，传感器信号输出时间（低电平时间）为0.28ms。d为并行数据输出，10ms输出一次，每次需0.28ms。

上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。