基于S3C44B0X的航姿测量系统的设计与实现
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ｐ ｒｏｍａ ｃ ｅ ｔｉ ｐ ｒｏｍｅ ．Ｔ ｓ ｅ ｕｔ ｈ ｗ ｔ ａ ｈ ｎ ｌ ａ ｃ ｒ ｃ ｆ ｈ ｅ ｆｒ ｎ ｅ ｔｓ ｓ ｅ ｒ ｄ ｆ ｅ ｔｒｓ ｌ ｓ ｏ ｈ ｔｔ ｅ ａ ｇｅ ｃ ｕ ａ ｙ ｏ ｅ ＡＨＲＳ ｉ ±０ ５ ｆｒｔ ｔａ ｄ ±１ ｆｒ ｈ ａ — ｓ ｔ ｓ ． 。ｏ ｉ ｎ ｌ 。ｏ ｅ ｄ
一
电路 、３ ４ Ｂ Ｘ微 处理 器 、 口通 信接 口 电路 以及 ｓＣ ４ Ｏ 串
电源模 块 电路 ， 系统 总体 硬件框 图 ， 其 如图 １ 示 。 所
１ ２ 传感器 ． 随着微 机 电技 术 、 微米 ／ 纳米 技 术 的 进 步 ， 现 涌
种低 成本 、 功耗 、 体积 、 低 小 高性 能 的航 向姿态 钡 量 ０
Ｔｈｅ Ｄｅ ｉ ｎ ａｎ ｅ ｌｚ ｔｏ ｆＡ Ｈ ＲＳ Ｂａ ｅ ４ＢＯ ｓｇ ｄ Ｒ ａ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｓ ｄ Ｓ３ Ｃ４ Ｘ Ｗ ＥＩＰｉ ｇ， ＨＡＮ ｎ Ｂｏ，ＬＩＰ ｎ ｉｇ
（ｎｔｕ ｄ ｓ ｉ ｒｃ ｓＣ ｎｒｌ Ｚ ｅａｇ Ｕ ｉ ｒｔ， ａｇｈｕ３０ ２ ，Ｃ ｉａ Ｉｓｔｔ ｏ Ｉ ｕｔａ Ｐｏｅ ｏｔ ， ｈ ｉｎ ｎ ｅ ｉ Ｈ ｎｚｏ ０ ７ ｈ ） ｉ ｅｆ ｎ ｒｌ ｓ ｏ ｊ ｖ ｓｙ １ ｎ Ａ ｓ ａｔ Ａｔｕｅａ ｄｈａ ｉ ｒ ｅｉ ｏｔ ｔ ａａ ｔ ｓｉ ｕ ｍ ｎｅ ｅ ａ ｖｈｃ Ｕ Ｖ） ｈ ａｄ ａ ｎ ｂｔ ｃ ： ｔｔｄ ｎ ｅｄｎ ａ ｔ ｒ ｉ ｇ ｅ ｈ ｍｐｒ ｎ ｒｍｅ ｒ ｎ ｎ ａｎｄａｒ ｌ ｅｉｌ ａ ｐ ｅ ｉ ｅ（ Ａ ．Ｔ ｅｈｒｗ ｒ ａ ｄ ｅ ｓｆ ａｅｄ ｓ ｎｏ ｔｅａｉ ｄ ｎ ｅｄ ｇｒｆ ｅｃ ｙｔ Ａ Ｒ ）ｂｓｄｏ ３ ４ Ｂ Ｘ ｍｉ ｏｒｃｓ ｒｉ ａａ ｚｄ ｔ ｏｔ ｒ ｅｉ ｆｈ ｔｔ ｅａｄｈ ａｉ ｅ ｒｎｅｓｓ ｍ（ Ｈ Ｓ ａｅ ｎ￥ Ｃ ４ ０ ｃ ｐｏｅｓ ｎｌ ｅ．Ｉ ｗ ｇ ｔｕ ｎ ｅ ｅ ｒ ｏ ｓ ｙ
串 口发 送数 据 。其 硬 件 主要 包 括 传感 器 、 ／ Ａ Ｄ转 换
人， 尤其 是 微 型 无 人 飞 行 器 对 体 积 、 量 要 求 比较 重 高， 对航 向姿态 系统 提 出了规格 小 、 功耗 低 、 精度 高 、 可靠性 高 以及 动态性 能好 等要 求 。
笔者 以 Ｓ Ｃ ４ Ｏ ３ ４ Ｂ Ｘ为核心 处理 器 ， 设计 并实 现 了
体的姿 态 ， 然后通 过 电子 罗盘对 姿态 进行修 正 ， 这种
方法虽 然精 度很 高 ， 由于 是 两个 独 立 的 测 姿 系统 但 组合 而成 ， 格 比较 昂贵 ， 积 大 。 由于 空 中机 器 价 体
传 感 器 、 速 度 计 和 陀 螺 仪 ） 数 据 ， 过 姿 态 解 加 的 通 算 、 据融合 从而 得到 载体 的航 向和姿 态 ， 数 并实 时 向
ｉ ｎｇ，ｗｈｃ ａｉｆ ｈ ｅ ｕ ｒｍ ｅ ｏ ａｔｔ ｄ ｎｄ ｈ ａ ｎ ｉｈ ｓ ｔｓｙ ｔ ｅ ｒ ｑ ｉｅ ｎｔｔ ｔｉｕ ｅ ａ ｅ ｄｉｇ ｍｅａ ｕ ｅ ｎ ｒ ＵＡＶ ｌｇ ｔｃ ｎ ｒ１ ｓ ｒ ｍｅ ｔｆ ｏ ｆｉｈ ｏ ｔｏ ． Ｋ ｅ ｏ ｄｓ ＡＨＲＳ； ｙｗ ｒ ： ＡＭ Ｒ ｅ ｓ ｒ ａ ｃ ｌ ｒｍ ｅｅ ；ａｅ ｇ ｒ ｓ ｎ ｏ ； ｅ ｅｅ ｏ ｔ ｒ ｒｔ ｙｏ
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魏
萍， 韩 波 ， 李
平 ． 于 ￥ Ｃ ４ Ｏ 的 航 姿 测 量 系统 的设 计 与 实 现 基 ３４ ＢＸ
基于 Ｓ Ｃ ４ Ｏ ３ ４ Ｂ Ｘ的航姿测量 系统 的设计与实现
魏 萍， 韩 波 ， 李 平
（ 江 大 学 工 业 控 制 技 术 研 究所 ， 江 杭 州 ３ ０ ２ ） 浙 浙 １０ ７
０ 前
言
１ 航姿 系统硬件 电路设计
１ １ 系统总体 框 图 ．
航 向 和姿态 是空 中机 器人 姿态控 制 中必不 可少
的重要 参数 。 目前 ， 内外广 泛采 用 的 用 于测 量 航 国
向姿态 的方 法是 通过 惯性 测量 单元 （ＭＵ） 测量 载 Ｉ 来
航 向姿 态测量 系统 是 根 据采 集 各传 感 器 （ 阻 磁
为 土 ．。 横 滚和 俯仰 ） ±１ （ 向） 基本 满足 空 中机 器人 飞行控 制对航 姿 测量 的要 求。 ０５ （ 、 。航 ，
关键词 ： 向姿 态测量 系统 ； 阻传 感 器 ； 航 磁 加速 度计 ； 陀螺仪 中图分类 号 ：Ｐ ４ ． Ｔ ２ ２６ 文献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ： ０ — ５ １２０ ）４ ０ １ — ４ １ １ ４５ （０ ６０ — ０７ ０ ０
ｅ ｐ ａｉ ｓ ｏｉｔ ｄ ｃ ｅ ｅ ｌ ａ ｏ ｒｃ ｄ ｒ ｏ ｔｉ ｓｓ ｍ ｂ ｓｄｏ ，／ ＳＩ ｒ ｌ ｉ ｅｏ ｅａ ｎ ｙｔ Ｒ Ｔ Ｓ ．Ａ ｍ ｈ ｓ ｅ ｒ ｕ ｅｔ ａ ｚｔ ｎｐｏ ｅ ｕｅ ｆ ｈ ｙｔ ａｅ ｎ ｖ Ｏ － ａ－ ｍ ｐ ｒ ｉｇ ｓ ｍ（ － Ｏ ） ｚ ｔ ｎｏ ｈ ｒ ｉ ｉ ｓ ｅ Ｃ Ｉｅ ｔ ｔ ｓ ｅ
摘 要 ： 向 和 姿 态 是 空 中 机 器 人 中 的 重 要 参 数 。从 硬 件 和 软 件 两 个 方 面 论 述 了 以 航 ｓ Ｃ４ Ｏ ３ ４ Ｂ Ｘ微 处 理 器为核 心的航 向姿 态测 量 系统的 设计 ， 着重介 绍 了基 于 ￣ ／ ＳＩ Ｃ Ｏ Ｉ实时操 作 系统
在 该 系统 中的 实现 过程 ， 并对 该 系统进行 了性 能测 试 。测 试 结果表 明 ， 该航 姿 测量 系统 的测 角精 度
一
电路 、３ ４ Ｂ Ｘ微 处理 器 、 口通 信接 口 电路 以及 ｓＣ ４ Ｏ 串
电源模 块 电路 ， 系统 总体 硬件框 图 ， 其 如图 １ 示 。 所
１ ２ 传感器 ． 随着微 机 电技 术 、 微米 ／ 纳米 技 术 的 进 步 ， 现 涌
种低 成本 、 功耗 、 体积 、 低 小 高性 能 的航 向姿态 钡 量 ０
Ｔｈｅ Ｄｅ ｉ ｎ ａｎ ｅ ｌｚ ｔｏ ｆＡ Ｈ ＲＳ Ｂａ ｅ ４ＢＯ ｓｇ ｄ Ｒ ａ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｓ ｄ Ｓ３ Ｃ４ Ｘ Ｗ ＥＩＰｉ ｇ， ＨＡＮ ｎ Ｂｏ，ＬＩＰ ｎ ｉｇ
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人， 尤其 是 微 型 无 人 飞 行 器 对 体 积 、 量 要 求 比较 重 高， 对航 向姿态 系统 提 出了规格 小 、 功耗 低 、 精度 高 、 可靠性 高 以及 动态性 能好 等要 求 。
笔者 以 Ｓ Ｃ ４ Ｏ ３ ４ Ｂ Ｘ为核心 处理 器 ， 设计 并实 现 了
体的姿 态 ， 然后通 过 电子 罗盘对 姿态 进行修 正 ， 这种
方法虽 然精 度很 高 ， 由于 是 两个 独 立 的 测 姿 系统 但 组合 而成 ， 格 比较 昂贵 ， 积 大 。 由于 空 中机 器 价 体
传 感 器 、 速 度 计 和 陀 螺 仪 ） 数 据 ， 过 姿 态 解 加 的 通 算 、 据融合 从而 得到 载体 的航 向和姿 态 ， 数 并实 时 向
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魏 萍， 韩 波 ， 李 平
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１ 航姿 系统硬件 电路设计
１ １ 系统总体 框 图 ．
航 向 和姿态 是空 中机 器人 姿态控 制 中必不 可少
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向姿态 的方 法是 通过 惯性 测量 单元 （ＭＵ） 测量 载 Ｉ 来
航 向姿 态测量 系统 是 根 据采 集 各传 感 器 （ 阻 磁
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关键词 ： 向姿 态测量 系统 ； 阻传 感 器 ； 航 磁 加速 度计 ； 陀螺仪 中图分类 号 ：Ｐ ４ ． Ｔ ２ ２６ 文献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ： ０ — ５ １２０ ）４ ０ １ — ４ １ １ ４５ （０ ６０ — ０７ ０ ０
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摘 要 ： 向 和 姿 态 是 空 中 机 器 人 中 的 重 要 参 数 。从 硬 件 和 软 件 两 个 方 面 论 述 了 以 航 ｓ Ｃ４ Ｏ ３ ４ Ｂ Ｘ微 处 理 器为核 心的航 向姿 态测 量 系统的 设计 ， 着重介 绍 了基 于 ￣ ／ ＳＩ Ｃ Ｏ Ｉ实时操 作 系统
在 该 系统 中的 实现 过程 ， 并对 该 系统进行 了性 能测 试 。测 试 结果表 明 ， 该航 姿 测量 系统 的测 角精 度