具有溫度補償?shù)臒o人機高度傳感器

1．引言

無人機的高度測量傳統(tǒng)上一直采用靜壓傳感器作為感知手段，通過其壓差膜盒對大氣靜壓的感應(yīng)，將大氣壓力轉(zhuǎn)化為模擬信號輸出，從而計算出實際的高度值[1]。由于大氣壓力的變化除了與高度變化緊密聯(lián)系外，與本地的實際溫度也密切相關(guān)，但是大部分靜壓傳感器在設(shè)計時并未考慮到實際溫度對大氣壓力的影響，這就造成了實際輸出靜壓值與真實值之間的大幅度偏差，從而影響了高度的精確計算[2]。

本文針對上述不足，提出了使用帶有溫度補償和校準(zhǔn)系數(shù)的高靈敏度靜壓傳感器MS5534B作為無人機高度測量的傳感器件，同時考慮到無人機飛控處理器運算能力不足的實際情況，提出一種分段擬合曲線的線性算法，以較高的精度實現(xiàn)了無人機的高度計算。
2．系統(tǒng)硬件設(shè)計
2.1 MS5534B的特性

MS5534B是一種低電壓、低功耗、高精度的測壓力模塊，其中包含一個壓阻式壓力傳感器和一個15bit的ADC集成模塊，具有數(shù)字輸出功能，它可以提供16位的氣壓和溫度數(shù)字信息，壓力測量范圍10～1100mbar，分辨率為0.1mbar。另外，傳感器有六個軟件校準(zhǔn)系數(shù)，壓力絕對精度為+/-1.5mbar，相對精度為+/-0.5mbar，并且不需再接其他外圍模塊，接口簡單，電路連接方便。該模塊尺寸很小，平面尺寸為9mmX9mm，厚度僅為3.7mm，可以在-40°C
到 +125°C環(huán)境中應(yīng)用[3]。模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
2.2 系統(tǒng)組成及接口連接

基于MS5534B的高度傳感器系統(tǒng)主要有兩部分組成：（1）MS5534B氣壓數(shù)據(jù)采集單元；（2）ARM7微處理器單元。MS5534B的主要功能就是把壓阻壓力傳感器測得的未經(jīng)補償的氣壓模擬電壓輸出量轉(zhuǎn)化為16位數(shù)字的絕對氣壓值D1，同時輸出16位的絕對溫度值D2。在飛控系統(tǒng)中采用了32位微處理器內(nèi)核的ARM7，由于其快速的運算速度和豐富的外圍接口資源，所以將MS5534B直接通過標(biāo)準(zhǔn)的SPI接口與其相連，簡化了電路設(shè)計，提高了實時性。

ARM7微處理器與氣壓傳感器間的通信通過標(biāo)準(zhǔn)SPI接口完成[4]。DOUT、DIN分別是數(shù)字輸出、輸入引腳，SCLK為串行數(shù)據(jù)時鐘，MCLK為主頻32.768kHZ的系統(tǒng)時鐘，由微處理器提供。MS5534B數(shù)字輸出的參考電壓是3V供電電壓，外接的4.7uF鉭電容應(yīng)盡量靠近MS5534B，以保證數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時的供電穩(wěn)定和轉(zhuǎn)換精度。模塊實物和引腳分布圖如圖2所示。