專利名稱:一種陀螺傳感器的自適應(yīng)量程控制方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及具有多量程的微機電系統(tǒng)(MEMS)傳感器,具體涉及ー種陀螺傳感器的自適應(yīng)量程控制方法。
背景技術(shù):
由于基于半導(dǎo)體技術(shù)的微機械傳感器的體積小、重量輕、低成本,使得它們廣泛的應(yīng)用于科學(xué)領(lǐng)域。特別是陀螺傳感器廣泛應(yīng)用于各種自動化設(shè)備中,例如航空、航天、航海、汽車、兵器、手持設(shè)備等領(lǐng)域。在利用電子陀螺時測量高速旋轉(zhuǎn)的物體如航天產(chǎn)品中使用大量程,而測量低速旋轉(zhuǎn)精度要求高的旋轉(zhuǎn)物體如手持設(shè)備中使用小量程從而提高精度。由于量程越大,傳感器*輸出所能表示的単位數(shù)值越大,也就是精度越低。以16位寄存器的數(shù)字電子陀螺輸出為例,當(dāng)輸出值為±32767表示最大量程值角速度分別為±250dps (度/秒)、±2000dps則最小単位±1所能表示的精度分別為±0. 00875dps和±0. 07dps,也就是說電子陀螺的輸出量程選擇越大其精度越低,量程值越小其精度越高?,F(xiàn)有技術(shù)的不足之處在于目前的電子陀螺傳感器在應(yīng)用于高速旋轉(zhuǎn)的情況中用大量程,而在需要高精度的情況下用小量程測量,無法能夠?qū)崿F(xiàn)自動調(diào)節(jié)量程從而滿足高速情況和高精度輸出。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足之處,提供一種陀螺傳感器的自適應(yīng)量程控制方法,通過對當(dāng)前輸出的角速度判斷是否需要切換量程,對于低速運動狀態(tài)下使用小量程保證測量精度而在高速運動狀態(tài)下自動切換到使用大量程保證測量范圍能夠達(dá)至IJ。從而在不需要人為干預(yù)的情況下達(dá)到自適應(yīng)角速度計算的效果。常用電子陀螺一般有3個量程分別為250dps,500dps, 2000dps。在陀螺旋轉(zhuǎn)過程中需要初始化指定寄存器來選定量程,為了保證精度會選擇最小量程250dps,由于對旋轉(zhuǎn)速度的不確定性導(dǎo)致在旋轉(zhuǎn)過程中會有超出量程的情況而使測量結(jié)果錯誤,如果初始化量程選擇過大會對低速運動情況下精度造成影響。本發(fā)明的自動化量程的方案是因為起始從靜止?fàn)顟B(tài)開始所以初始化量程選擇最小量程250dps,當(dāng)速度増加到240dps的時候切換量程為500dps,對每次采集到的角速度值進行實時判斷即在下一個采樣點采集之前判斷出是否需要切換量程,經(jīng)過大量的實驗測試證明傳感器在切換量程后會有2個數(shù)據(jù)的延遲,這2個數(shù)據(jù)仍然是250dps量程下的測量結(jié)果,所以要在240dps,即不到最大量程250dps時就要切換,防止這2個數(shù)據(jù)的輸出是超量程輸出。而在500dps下切換到250dps的時候為了防止在速度240dps附近跳變導(dǎo)致不停的切換寄存器影響陀螺的性能,所以在下降沿設(shè)定的值為200dps。同理在500dps-2000dps量程之間的相互切換分別選定上升沿480dps和下降沿430dps,利用不同的上升沿閥值和下降沿閥值設(shè)置避免了乒乓切換的發(fā)生。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是
一種陀螺傳感器的自適應(yīng)量程控制方法,包括如下步驟設(shè)置陀螺初始量程為250dps,命名該狀態(tài)為狀態(tài)O ;實時采集陀螺輸出的角速度數(shù)據(jù),判斷角速度是否大于240dps,如果是,則切換量程到500dps,命名該狀態(tài)為狀態(tài)I ;如果否,則繼續(xù)保持狀態(tài)O。在狀態(tài)轉(zhuǎn)換吋,陀螺角速度數(shù)據(jù)輸出會有數(shù)據(jù)的延時,判斷切換量程的角速度是240dps而不是250dps,目的是防止該數(shù)據(jù)已經(jīng)為超量程輸出值。在狀態(tài)0剛轉(zhuǎn)換到狀態(tài)I吋,陀螺角速度數(shù)據(jù)輸出會有2個數(shù)據(jù)的延時,此時將這2個數(shù)據(jù)按照在量程250dps狀態(tài)下計算,命名該切換過程為狀態(tài)0-1。當(dāng)穩(wěn)定在狀態(tài)I的情況下,判斷角速度是否小于200dps,如果是,則切換到狀態(tài)0,該狀態(tài)切換時有2個數(shù)據(jù)的延時,命名該切換過程為狀態(tài)1-0 ;
如果否,則繼續(xù)判斷角速度是否大于480dps,如果是,則切換到量程2000dps,命名該狀態(tài)為狀態(tài)2,從狀態(tài)I切換到狀態(tài)2這個過程命名為狀態(tài)1-2 ;如果否,則繼續(xù)保持狀態(tài)I。
在狀態(tài)I剛轉(zhuǎn)換到狀態(tài)2吋,陀螺角速度數(shù)據(jù)輸出會有數(shù)據(jù)的延時,判斷切換量程的角速度是480dps而不是500dps,目的是防止該數(shù)據(jù)已經(jīng)為超量程輸出值。當(dāng)穩(wěn)定在狀態(tài)2的情況下,判斷角速度是否小于430dps,如果是,則切換到狀態(tài)1,從狀態(tài)2切換到I狀態(tài)這個過程命名為狀態(tài)2-1 ;如果否,則繼續(xù)保持狀態(tài)2。在狀態(tài)0轉(zhuǎn)換到狀態(tài)I和狀態(tài)I轉(zhuǎn)換到狀態(tài)0時,判斷切換量程的角速度分別為240dps和200dps,這2個切換量程的角速度之間必需有個水位差以防止角速度在某個值附近不停跳變。在狀態(tài)I轉(zhuǎn)換到狀態(tài)2和狀態(tài)2轉(zhuǎn)換到狀態(tài)I時,判斷切換量程的角速度分別為480dps和430dps,這2個切換量程的角速度之間必需有個水位差以防止角速度在某個值附近不停跳變。本發(fā)明包括各量程之間的轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換過程中會有數(shù)據(jù)延時的處理和轉(zhuǎn)換的閥值選取。毎次采樣點都實時判斷,發(fā)現(xiàn)速度超出當(dāng)前量程或低于規(guī)定值時及時的配置陀螺寄存器,切換到下ー個量程。由于在每個狀態(tài)下的敏感系數(shù)不一樣,如250dps下的敏感系數(shù)為0. 00875dps/LSB,在寄存器切換到下一個量程的狀態(tài)后,其輸出的起始2個值仍是上個量程的輸出,所以要對這2個值特殊處理,用上一個量程的敏感系數(shù)來計算其值。轉(zhuǎn)換的閥值必需選取適當(dāng),例如在250dps切換到500dps的過程中,其閥值定為240dps,這樣可以給后面來的2個數(shù)有個緩沖不至于溢出而導(dǎo)致輸出錯誤。而在500dps切換到250dps的過程中,定義其閥值為200dps,而不是240dps是因為防止量程一直在250dps和500dps之間來回跳變的情況發(fā)生。
圖I為本發(fā)明量程控制流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明再作進ー步詳細(xì)的說明。參見圖1,一種陀螺傳感器的自適應(yīng)量程控制方法,包括如下步驟在步驟101,設(shè)置陀螺初始量程為250dps,命名該狀態(tài)為狀態(tài)0 ;在步驟102,實時采集陀螺輸出的角速度數(shù)據(jù);在步驟103,判斷角速度是否大于240dps,如果是,在步驟105,則設(shè)置量程為500dps,命名量程500dps為狀態(tài)I ;如果否,在步驟104,繼續(xù)保持狀態(tài)O。在步驟106,狀態(tài)0剛轉(zhuǎn)換到狀態(tài)I吋,陀螺角速度數(shù)據(jù)輸出會有2個數(shù)據(jù)的延時,此時將這2個數(shù)據(jù)按照在量程250dps狀態(tài)下計算,命名該切換過程為狀態(tài)0-1。在步驟107,當(dāng)穩(wěn)定在狀態(tài)I的情況下;在步驟108,實時采集陀螺輸出的角速度數(shù)據(jù);在步驟109,判斷角速度是否小于200dps,如果是,在步驟110,設(shè)置量程為250dps ;在步驟113,狀態(tài)I切換到狀態(tài)0,該狀態(tài)切換時有2個數(shù)據(jù)的延時,此時將這2個數(shù)據(jù)按照在量程500dps狀態(tài)下計算,命名該切換過程為狀態(tài)1-0 ;
如果否,在步驟112,則繼續(xù)判斷角速度是否大于480dps,如果是,在步驟111,則設(shè)置 量程為2000dps,命名量程2000dps為狀態(tài)2 ;在步驟114,從狀態(tài)I切換到狀態(tài)2這個過程命名為狀態(tài)1-2,該狀態(tài)切換時有2個數(shù)據(jù)的延時,此時將這2個數(shù)據(jù)按照在量程500dps狀態(tài)下計算;如果否,在步驟115,繼續(xù)保持狀態(tài)I。在步驟116,當(dāng)穩(wěn)定在狀態(tài)2的情況下;在步驟117,實時采集陀螺輸出的角速度數(shù)據(jù);在步驟118,判斷角速度是否小于430dps,如果是,在步驟119,設(shè)置量程為500dps ;在步驟121,從狀態(tài)2切換到I狀態(tài)這個過程命名為狀態(tài)2-1,該狀態(tài)切換時有2個數(shù)據(jù)的延時,此時將這2個數(shù)據(jù)按照在量程2000dps狀態(tài)下計算;如果否,在步驟120,則繼續(xù)保持狀態(tài)2。本發(fā)明通過對當(dāng)前輸出的角速度判斷是否需要切換量程,對于低速運動狀態(tài)下使用小量程保證測量精度而在高速運動狀態(tài)下自動切換到使用大量程保證測量范圍能夠達(dá)至IJ。從而在不需要人為干預(yù)的情況下達(dá)到自適應(yīng)角速度的效果。除上述實施例外,本發(fā)明還可以有其他實施方式,凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案,均落在本發(fā)明要求的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種陀螺傳感器的自適應(yīng)量程控制方法,其特征在于包括如下步驟設(shè)置陀螺初始量程為250dps,命名該狀態(tài)為狀態(tài)O ;實時采集陀螺輸出的角速度數(shù)據(jù),判斷角速度是否大于240dps,如果是,則切換量程到500dps,命名該狀態(tài)為狀態(tài)I ;如果否,則繼續(xù)保持狀態(tài)O。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的陀螺傳感器的自適應(yīng)量程控制方法,其特征在于,在狀態(tài)O剛轉(zhuǎn)換到狀態(tài)I吋,陀螺角速度數(shù)據(jù)輸出會有2個數(shù)據(jù)的延時,此時將這2個數(shù)據(jù)按照在量程250dps狀態(tài)下計算,命名該切換過程為狀態(tài)0-1。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的陀螺傳感器的自適應(yīng)量程控制方法,其特征在干,當(dāng)穩(wěn)定在狀態(tài)I的情況下,判斷角速度是否小于200dps,如果是,則切換到狀態(tài)0,該狀態(tài)切換時有2個數(shù)據(jù)的延時,此時將這2個數(shù)據(jù)按照在量程500dps狀態(tài)下計算,命名該切換過程為狀態(tài)1-0 ; 如果否,則繼續(xù)判斷角速度是否大于480dps,如果是,則切換到量程2000dps,命名該狀態(tài)為狀態(tài)2,從狀態(tài)I切換到狀態(tài)2這個過程命名為狀態(tài)1-2,該狀態(tài)切換時有2個數(shù)據(jù)的延時,此時將這2個數(shù)據(jù)按照在量程500dps狀態(tài)下計算;如果否,則繼續(xù)保持狀態(tài)I。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的陀螺傳感器的自適應(yīng)量程控制方法,其特征在干,當(dāng)穩(wěn)定在狀態(tài)2的情況下,判斷角速度是否小于430dps,如果是,則切換到狀態(tài)1,從狀態(tài)2切換到I狀態(tài)這個過程命名為狀態(tài)2-1,該狀態(tài)切換時有2個數(shù)據(jù)的延時,此時將這2個數(shù)據(jù)按照在量程2000dps狀態(tài)下計算;如果否,則繼續(xù)保持狀態(tài)2。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的陀螺傳感器的自適應(yīng)量程控制方法,其特征在于,在狀態(tài)轉(zhuǎn)換吋,陀螺角速度數(shù)據(jù)輸出會有數(shù)據(jù)的延吋,判斷切換量程的角速度是240dps而不是250dps,目的是防止該數(shù)據(jù)已經(jīng)為超量程輸出值。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的陀螺傳感器的自適應(yīng)量程控制方法,其特征在于,在狀態(tài)I剛轉(zhuǎn)換到狀態(tài)2吋,陀螺角速度數(shù)據(jù)輸出會有數(shù)據(jù)的延時,判斷切換量程的角速度是480dps而不是500dps,目的是防止該數(shù)據(jù)已經(jīng)為超量程輸出值。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的陀螺傳感器的自適應(yīng)量程控制方法,其特征在于,在狀態(tài)0轉(zhuǎn)換到狀態(tài)I和狀態(tài)I轉(zhuǎn)換到狀態(tài)0時,判斷切換量程的角速度分別為240dps和200dps,這2個切換量程的角速度之間必需有個水位差以防止角速度在某個值附近不停跳變。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的陀螺傳感器的自適應(yīng)量程控制方法,其特征在于,在狀態(tài)I轉(zhuǎn)換到狀態(tài)2和狀態(tài)2轉(zhuǎn)換到狀態(tài)I時,判斷切換量程的角速度分別為480dps和430dps,這2個切換量程的角速度之間必需有個水位差以防止角速度在某個值附近不停跳變。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種陀螺傳感器的自適應(yīng)量程控制方法,包括如下步驟設(shè)置陀螺初始量程為250dps,命名該狀態(tài)為狀態(tài)0;實時采集陀螺輸出的角速度數(shù)據(jù),判斷角速度是否大于240dps,如果是,則切換量程到500dps,命名該狀態(tài)為狀態(tài)1;如果否,則繼續(xù)保持狀態(tài)0。通過當(dāng)前輸出的角速度判斷是否需要切換量程,對于低速運動狀態(tài)下使用小量程保證測量精度,而在高速運動狀態(tài)下自動切換使用大量程保證不超過測量范圍。從而在不需要人為干預(yù)的情況下達(dá)到自適應(yīng)角速度計算的效果。
文檔編號G05B13/02GK102654401SQ20121009891
公開日2012年9月5日 申請日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者李祥明, 雷紅路 申請人:江蘇省東方世紀(jì)網(wǎng)絡(luò)信息有限公司