呂維 趙萬欣 陳思屹

摘要：基于MMA7361三軸加速度傳感器與LPA550陀螺儀測(cè)目標(biāo)物的姿態(tài)角，利用兩者精度在頻域上的互補(bǔ)性，采用互補(bǔ)濾波的方法，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合，較好的解決了陀螺儀的漂移現(xiàn)象使測(cè)量姿態(tài)角精度不高的問題，并提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：三軸加速度計(jì)；陀螺儀；互補(bǔ)濾波；姿態(tài)檢測(cè)

中國分類號(hào)：TP274.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）25-5996-02

Integration of Gesture-Based Detection MMA7361 Triaxial Accelerometer Sensor and Gyro LPA550

LV Wei， ZHAO Wan-xin， CHEN Si-yi

（Information Engineering， Southwest University of Science and Technology， Mianyang 621000，China）

Abstract： Based on the attitude angle MMA7361 triaxial accelerometer and gyroscope LPA550 measured object， the use of both accuracy in the frequency domain complementary approach using complementary filtering， data fusion， the better solution gyro drift phenomenon makes measuring attitude angle accuracy is not high， and improve the stability of the system.

Key words： three-axis accelerometer； gyroscope； complementary filtering； attitude detection

LPA550LC又稱角速度傳感器，用于檢測(cè)角速度，角速度是單位時(shí)間內(nèi)旋轉(zhuǎn)角度的變化。MMA7361LC是三軸加速度計(jì)傳感器。使用互補(bǔ)濾波方法將LPA550LC和MMA7361動(dòng)態(tài)融合的技術(shù)，可用于目標(biāo)物的姿態(tài)檢測(cè)，有兩輪智能車，四軸飛行器等方面的應(yīng)用。

1 基本原理

對(duì)于一個(gè)兩軸陀螺儀LPA550來說，其有兩個(gè)通道分別檢測(cè)繞x，y軸的旋轉(zhuǎn)。在一個(gè)三維坐標(biāo)下，Rxz表示慣性力矢量在xz面的分量，Ryz表示慣性力矢量在yz面的分量。下面以8位ADC位例，其陀螺儀角度變化率與相應(yīng)AD值存在如下關(guān)系：

對(duì)于MMA7361三軸加速度傳感器，其檢測(cè)到的是由于加速度計(jì)本身的加速度（沿某方向運(yùn)動(dòng)或則受重力作用）引起的方向相反的慣性力產(chǎn)生的反向加速度。在三維坐標(biāo)下，通過ADC值將其轉(zhuǎn)換為單位為g的矢量力的分量（以8位ADC為例）：Rx=（AdcRx*Vref/255-VzeroRate）/Sensitivity； Ry=（AdcRy*Vref/255-VzeroRate）/Sensitivity；Rz=（AdcRz*Vref/255-VzeroRate）/Sensitivity；

其中AdcRx，AdcRy，AdcRz為采集的ADC值.

如果系統(tǒng)沿某一坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，經(jīng)過單片機(jī)讀取，其陀螺儀傳感器將輸出相應(yīng)ADC值，根據(jù)值可判斷系統(tǒng)的姿態(tài)，并將ADC值積分便可以得到其相應(yīng)的傾角角度的變化。在對(duì)角速度計(jì)進(jìn)行積分得到角速度時(shí)，由于陀螺儀本身易受噪聲，溫度，不穩(wěn)定力矩等因素的影響，陀螺儀易產(chǎn)生漂移，通過積分后，產(chǎn)生角度偏差。加速度計(jì)在靜止時(shí)數(shù)據(jù)是很真實(shí)的，用重力加速度計(jì)標(biāo)定，但是運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的加速度和重力加速度的分量組合在一起，分不出來了，就不能夠用于判定姿態(tài)。故采用將加速度計(jì)與陀螺儀的數(shù)據(jù)擬合起來的方法，且主要信任陀螺儀。

首先需要把陀螺儀與加速度計(jì)的測(cè)量值減去常值誤差后，得到角速度與角加速度，并對(duì)角速度計(jì)進(jìn)行積分，然后對(duì)陀螺儀和加速度計(jì)的數(shù)值進(jìn)行融合，處理如下式：angle_new =（ A_gyro*（angle_old+Gyro_angle）+B_acc*Acc_angle）； 其中angle_new為擬合的角度值，A_gyro為陀螺儀的權(quán)重（90%以上），B_acc為加速度計(jì)的權(quán)重，Gyro_angle為陀螺儀得到的角度值，Acc_angle為加速度計(jì)得到的角度值，angle_old為對(duì)angle_new做的低通處理。

2 互補(bǔ)濾波融合過程

MA7361三軸加速度計(jì)用于測(cè)姿態(tài)角時(shí)隨時(shí)間累加其精度較高，但短期內(nèi)的效果較差。LPA550陀螺儀用于測(cè)姿態(tài)角時(shí)由于其自身存在的漂移現(xiàn)象隨時(shí)間累加其精度也會(huì)降低。利用兩者在頻域上的互補(bǔ)性，采用互補(bǔ)濾波的方式可以較好的達(dá)到測(cè)姿態(tài)角的目的。

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