[实用新型]基于半导体MEMS传感器的精确定位和姿态跟踪组件

说明书

本实用新型公开了基于半导体MEMS传感器的精确定位和姿态跟踪组件：包括MEMS器件，所述MEMS器件集成有三轴加速度计、三轴陀螺仪、温度传感器和三轴磁力计；还包括STM32F769处理器，MEMS器件的三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁力计通过IIC或SPI方式与STM32F769处理器的数据采集接口连接；本实用新型MEMS体积小、价格低、功耗低。随着MEMS技术的迅速发展以及向各个学科领域的渗透，它的各方面性能如精度、鲁棒性、动态响应等都得到了巨大的提高。通过利用卡尔曼滤波解决了MEMS传感器长时间的累积误差，实现长期稳定、可靠的定位，姿态测量。对系统的组件的误差分别进行建模补偿，进一步提升了姿态测量的精确性。

技术领域

本实用新型涉及传感测量设备技术领域，具体为基于半导体MEMS传感器的精确定位和姿态跟踪组件。

背景技术

随着小型可穿戴个人导航系统的发展，个人导航系统在越来越多的场合得到应用，如医院、博物馆、大型商场等室内场合。其中，基于惯性技术的个人导航系统由于其短期定位的精度高而得到了广泛的研究。在军事和国防方面，如火箭、船舰等领域，惯性导航技术也被广泛应用。因此，研究惯性导航技术符合商业需求和国家发展的需要。传统机械式转子陀螺是建立在牛顿力学基础之上，其基本方程是动量矩定理。机械旋转产生了角动量，但机械旋转却必须依赖于支承，故支承技术是机械式转子陀螺的核心技术心。机械式转子陀螺的局限性就在于它的支承技术，陀螺性能越好，需要的支承技术就会越复杂，相应的成本也就越来越高，普及受到限制。惯性传感式系统是新发展的一种姿态跟踪系统，惯性测量单元主要由加速度计、陀螺仪和磁力计构成，但是目前惯性导航技术也存在一些问题。通过对陀螺仪输出的角速度值进行积分，再由已知的初始姿态角，可计算出当前的载体姿态，然而由于陀螺仪误差会随着时间累积，仅通过陀螺仪得到载体姿态在长时间内是不可行的。加速度计测量无偏差的重力加速度，配合三轴磁力计测量当地磁场分量，可以计算出载体的姿态，但这种无陀螺姿态测量单元收到很多限制：当载体处于运动状态时，加速度计输出值是重力加速度和运动加速度的矢量和，失去了姿态测量的实际意义；磁力计受周围磁性材料干扰较大，只有在封闭的环境中磁力计测量才是准确的。

针对以上技术问题，本实用新型主要提供基于半导体MEMS传感器的精确定位和姿态跟踪组件，解决了现有技术中存在的MEMS惯性器件测量精度低，难以长时间持续工作的问题。通过使用高精度的导航数据融合算法能够弥补低精度 MEMS 器件带来的影响，实现长期稳定、可靠的定位。同时，MEMS 惯性传感器体积小、重量轻的优点使得其非常适合应用于可穿戴领域。

发明内容

本实用新型的目的是设计一种低成本，结构简单的基于半导体MEMS传感器的精确定位和姿态跟踪组件，提供一种方案能够解决MEMS传感器短暂的精度高问题，使其长期处于高精度状态，并能够长期正常运作。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

基于半导体MEMS传感器的精确定位和姿态跟踪组件：包括MEMS器件，所述MEMS器件集成有三轴加速度计、三轴陀螺仪、温度传感器和三轴磁力计；还包括STM32F769处理器，MEMS器件的三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁力计通过IIC或SPI方式与STM32F769处理器的数据采集接口连接，STM32F769处理器内部具有Flash存储器，STM32F769处理器的上位机通信模块通过晶振与外部设备连接；还包括有电源，电源分别与MEMS传感器和STM32F769处理器连接。

所述三轴陀螺仪选择 FXAS21002C三轴数字陀螺仪，通过IIC或SPI方式与主机进行通讯，在同类系统中，灵敏度较高，且价格低廉，并自带温度传感器，可以测量陀螺仪工作温度，便于对传感器温度漂移进行补偿。

所述STM32F769处理器，可通过外接端口物理层（PHY）芯片与外部设备的以太网通信，PHY芯片优选LAN8742型号。