[发明专利]一种陀螺传感器的自适应量程控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有多量程的微机电系统（MEMS）传感器，具体涉及一种陀螺传感器的自适应量程控制方法。

背景技术

由于基于半导体技术的微机械传感器的体积小、重量轻、低成本，使得它们广泛的应用于科学领域。特别是陀螺传感器广泛应用于各种自动化设备中，例如航空、航天、航海、汽车、兵器、手持设备等领域。

在利用电子陀螺时测量高速旋转的物体如航天产品中使用大量程，而测量低速旋转精度要求高的旋转物体如手持设备中使用小量程从而提高精度。由于量程越大，传感器输出所能表示的单位数值越大，也就是精度越低。以16位寄存器的数字电子陀螺输出为例，当输出值为±32767表示最大量程值角速度分别为±250dps(度/秒)、±2000dps则最小单位±1所能表示的精度分别为±0.00875dps和±0.07dps，也就是说电子陀螺的输出量程选择越大其精度越低，量程值越小其精度越高。现有技术的不足之处在于：目前的电子陀螺传感器在应用于高速旋转的情况中用大量程，而在需要高精度的情况下用小量程测量，无法能够实现自动调节量程从而满足高速情况和高精度输出。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足之处，提供一种陀螺传感器的自适应量程控制方法，通过对当前输出的角速度判断是否需要切换量程，对于低速运动状态下使用小量程保证测量精度而在高速运动状态下自动切换到使用大量程保证测量范围能够达到。从而在不需要人为干预的情况下达到自适应角速度计算的效果。

常用电子陀螺一般有3个量程分别为250dps，500dps，2000dps。在陀螺旋转过程中需要初始化指定寄存器来选定量程，为了保证精度会选择最小量程250dps，由于对旋转速度的不确定性导致在旋转过程中会有超出量程的情况而使测量结果错误，如果初始化量程选择过大会对低速运动情况下精度造成影响。本发明的自动化量程的方案是：因为起始从静止状态开始所以初始化量程选择最小量程250dps，当速度增加到240dps的时候切换量程为500dps，对每次采集到的角速度值进行实时判断即在下一个采样点采集之前判断出是否需要切换量程，经过大量的实验测试证明传感器在切换量程后会有2个数据的延迟，这2个数据仍然是250dps量程下的测量结果，所以要在240dps，即不到最大量程250dps时就要切换，防止这2个数据的输出是超量程输出。而在500dps下切换到250dps的时候为了防止在速度240dps附近跳变导致不停的切换寄存器影响陀螺的性能，所以在下降沿设定的值为200dps。同理在500dps-2000dps量程之间的相互切换分别选定上升沿480dps和下降沿430dps，利用不同的上升沿阀值和下降沿阀值设置避免了乒乓切换的发生。

实现本发明目的的技术方案是： 

一种陀螺传感器的自适应量程控制方法，包括如下步骤：设置陀螺初始量程为250dps，命名该状态为状态0；实时采集陀螺输出的角速度数据，判断角速度是否大于240dps，如果是，则切换量程到500dps，命名该状态为状态1；如果否，则继续保持状态0。在状态转换时，陀螺角速度数据输出会有数据的延时，判断切换量程的角速度是240dps而不是250dps，目的是防止该数据已经为超量程输出值。

在状态0刚转换到状态1时，陀螺角速度数据输出会有2个数据的延时，此时将这2个数据按照在量程250dps状态下计算, 命名该切换过程为状态0-1。

当稳定在状态1的情况下，判断角速度是否小于200dps，如果是，则切换到状态0，该状态切换时有2个数据的延时，命名该切换过程为状态1-0；

如果否，则继续判断角速度是否大于480dps，如果是，则切换到量程2000dps，命名该状态为状态2，从状态1切换到状态2这个过程命名为状态1-2；如果否，则继续保持状态1。在状态1刚转换到状态2时，陀螺角速度数据输出会有数据的延时，判断切换量程的角速度是480dps而不是500dps，目的是防止该数据已经为超量程输出值。

当稳定在状态2的情况下，判断角速度是否小于430dps，如果是，则切换到状态1，从状态2切换到1状态这个过程命名为状态2-1；如果否，则继续保持状态2。

在状态0转换到状态1和状态1转换到状态0时，判断切换量程的角速度分别为240dps和200dps，这2个切换量程的角速度之间必需有个水位差以防止角速度在某个值附近不停跳变。