鐵路檢測(cè)儀中陀螺儀的信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)
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該系統(tǒng)選用的陀螺儀信號(hào)輸出電壓范圍為-3～+3 V，在實(shí)際使用中，其輸出電壓在-O．03～+O．03 V之間浮動(dòng)。由于陀螺輸出的信號(hào)較弱，而選用的A／D芯片有效的轉(zhuǎn)換電壓范圍是0～3 V，所以對(duì)陀螺儀輸出信號(hào)放大10倍，并平移1．5 V，這樣就能保證信號(hào)能在A／D芯片有效的信號(hào)采集范圍內(nèi)。設(shè)定陀螺輸出信號(hào)為Vin，進(jìn)入A／D芯片的信號(hào)電壓為Vi，那么就有：
Vi=10×Vin+1．5 V
由于Vin輸出電壓信號(hào)很微弱，如果此處平移的1．5 V不夠精確，就會(huì)直接降低陀螺儀信號(hào)的準(zhǔn)確性，因此對(duì)信號(hào)平移電路的設(shè)計(jì)提出了很高的要求。為此電路中采用了ADR433A芯片，盡量保證獲取1．5 V電壓的精度。根據(jù)上述分析，設(shè)計(jì)的信號(hào)采集電路如圖3所示。A／D轉(zhuǎn)換芯片采用ADS8381。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/195037.htm
3 軟件設(shè)計(jì)
3．1 軟件流程
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件流程如圖4所示。系統(tǒng)接收到啟動(dòng)命令后，開始啟動(dòng)系統(tǒng)電路。啟動(dòng)后，系統(tǒng)首先等待采集觸發(fā)信號(hào)。當(dāng)接收到采集觸發(fā)信號(hào)時(shí)，單片機(jī)發(fā)送信號(hào)分別選取兩路A／D芯片工作，A／D芯片分別對(duì)兩路陀螺儀輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換。由于選用的A／D芯片的轉(zhuǎn)換速率為580 kHz，能夠在0．18 ms內(nèi)完成100次數(shù)據(jù)采集，實(shí)際上每路陀螺信號(hào)采集50次求平均值，因此可以認(rèn)為兩路信號(hào)是同時(shí)被采集的。然后，單片機(jī)對(duì)采集到的兩組數(shù)據(jù)分別進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波、角速度計(jì)算等處理以獲取角度數(shù)值，并把這兩組數(shù)據(jù)上傳給上位機(jī)進(jìn)行后續(xù)處理。
3．2 電壓補(bǔ)償推導(dǎo)
陀螺儀在靜止?fàn)顟B(tài)下輸出的電壓信號(hào)為零，當(dāng)陀螺儀的姿態(tài)持續(xù)改變時(shí)，其輸出的信號(hào)也會(huì)隨之改變。基于陀螺儀的這種特性，檢測(cè)儀開始運(yùn)行前默認(rèn)陀螺儀輸出的電壓為0 V，并以平移的1．5 V作為相對(duì)零點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，所采集的軌向和高低數(shù)據(jù)與理論推算值浮動(dòng)較大，針對(duì)這一問題，在該系統(tǒng)中采用電壓補(bǔ)償方法進(jìn)行解決。本文提出了動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償方法，提高了實(shí)際相對(duì)零點(diǎn)精度。在介紹這種方法的推導(dǎo)之前，先說明一些符號(hào)的含義。
SF：標(biāo)度因數(shù)(比例系數(shù))。
Ugyro：陀螺儀輸出信號(hào)電壓。
Ucode：理想狀態(tài)下，A／D轉(zhuǎn)換前獲取電壓轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制編碼。理想狀態(tài)下，P·Ucode=10·Ugyro+1．5 V。
注意：A／D轉(zhuǎn)換前獲取的電壓為陀螺輸出信號(hào)放大10倍且平移1．5 V后的信號(hào)。
Ucode0：實(shí)際測(cè)量條件下，A／D轉(zhuǎn)換前獲取電壓轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制編碼。
ω：陀螺輸出的角速度。ω=Ugyro／SF=(P·Ucode-1．5 V)／(10SF)。
理論上，陀螺儀輸出信號(hào)被放大10倍并平移1．5 V，陀螺輸出的信號(hào)經(jīng)過單片機(jī)處理后上傳給上位機(jī)。連續(xù)狀態(tài)下陀螺儀的角度計(jì)算如下：
評(píng)論