3DM-S10X用户指南(1).

微型航姿参考系统 MAHRS 3DM-S10A/B 用户指南 Version 1.31

2012 年 6 月 10 日

1. 简介

微型航姿参考系统(MAHRS 3DM-S10系列是一款微型的全姿态测量传感装置,它由三轴 MEMS 陀螺、三轴 MEMS 加速度计、三轴磁阻型磁强计等三种类型的传感器构成。三轴陀螺用于测量载体三个方向的绝对角速率,三轴加速度计用于测量载体三个方向的加速度,在系统工作中, 主要作用是感知系统的水平方向的倾斜,并用于修正陀螺在俯仰和滚动方向的漂移,三轴磁阻型磁强计测量三维地磁强度,用于提供方向角的初始对准以及修正航向角漂移。微型航姿参考系统 3DM-S10系列,可提供的输出数据有:原始数据、四元数、姿态数据等(产品外形如图 1所示。

图 1 微型航姿参考系统(MAHRS 3DM-S10系列外形(A 型 / B型

2. 特性

实时三轴惯性输出;

大于 100Hz 的内部更新率;

尺寸小、重量轻;

低功耗;

RS-232/RS-485A串行接口,方便连接。

3. 应用领域

车载控制系统;

航空航天电子系统;

虚拟现实系统;

平台稳定系统;

机器人控制等。

4. 工作原理及软硬件框图

微型航姿参考系统(MAHRS 3DM-S10系列采用陀螺来测量载体的绝对角速率,然后载体的姿态角(航向角、俯仰角和滚动角就可以通过陀螺输出数据的特定的解算方法来获得。加速度计用于确定 3DM-S10系列初始姿态角,并修正并确定陀螺在水平方向(俯仰角和滚动角的漂移。

三轴磁阻型磁强计用于提供方位角的初始对准以及修正陀螺的航向角漂移。微型航姿参考系统 (MAHRS 3DM-S10系列内部的嵌入式处理器中设计有传感器融合算法,重力测量值(通过加速度计和磁北向测量值(通过磁力计有机融合并对漂移进行补偿,避免了因为角速率数据的积分运算带来的误差的无限累积。而微型航姿参考系统(MAHRS 3DM-S10系列相比无陀螺的电子罗盘具有很大的优势, 在动态情况下它能够精确解算航姿, 而一般的电子罗盘只能在静态条件下运用, 在动态情况下无法得到精确的航姿信息。微型航姿参考系统(MAHRS 3DM-S10系列可以可靠提供全姿态信息和原始数据,数据更新率可达到 100Hz 以上。

图 2 微型航姿参考系统(MAHRS 3DM-S10系列硬件框图

图 3 微型航姿参考系统(MAHRS 3DM-S10系列软件框图

5. 规格

表 1 3DM-S10A/B 绝对最大额定值

性能指标参数单位供电电压 (Vss-Vdd -0.3 … +9 V 引脚电压范围 -7 … +12 V 结温

表 2 3DM-S10A/B 性能指标

性能指标参数单位输出数据格式原始数据、姿态角、四元数

内部更新率

启动时间 < 1 sec 静态角度误差(俯仰、滚动 ± 0.1 degree 动态角度误差(俯仰、滚动 ± 1.0 degree 静态角度误差(航向 ± 0.5 degree 动态角度误差(航向 ± 2 degree 航向角分辨率

加速度计测量范围 ± 2, ± 4, ± 8 g 加速度计零偏稳定性 ± 0.003 (± 2g g 加速度计非线性 0.2 % - 速率陀螺测量范围 ± 300, ± 500 , ± 2000 °/sec 速率陀螺零偏稳定性 ±0.2 ( 在 ± 300°/秒时 °/sec 速率陀螺非线性 0.2 % - 磁力计测量范围

磁力计非线性 0.4 % - 磁力计零偏稳定性

短时冲击 500 (Not reinforced

表 3 3DM-S10A/B电气特性

电气特性最小典型最大单位供电电压 4.5 5.0 9.0 V 供电电流 40 60 80 mA 功耗 <300 mW

表 4 3DM-S10A/B物理特性

物理特性参数单位尺寸长 x 宽 x 高 mm 重量

规定温度范围

工作温度范围

存储温度范围 -25 +80 ºC

表 5 3DM-S10A/B 引脚定义

序号

名称

功能供电

地

A/B

从陀螺仪、加速度计、磁力计以及内部温度传感器得到的数据,全部被传输到嵌入式系统 -数字信号处理器(DSP 中。数字信号处理器(DSP 依据特定的算法以及存储在 Flash 存储器中的标定数据处理来自传感器的原始数据,作为其基本算法,微型航姿参考系统(MAHRS 3DM-S10系列采用自适应卡尔曼滤波算法,该算法能够自动调整并适应不断变化的动态条件,而无需外部人为的干预。

微型航姿参考系统(MAHRS 3DM-S10系列产品均在特定的环境实验条件下,并参考已知温度下的加速度、角速率和磁场进行全面的标定,并将标定数据输入每个产品中。用户可以通过串口收发接口接收航姿信息及原始数据,同时也可以通过命令方式进行交互操作(详见微型航姿参考系统(MAHRS 3DM-S10系列通信协议。微型航姿参考系统(MAHRS 3DM-S10系列的供电电源标准值为 DC+5.0V,数据线和电源线整合在一个接插装置中,方便使用,各引脚定义参见表 3。

6. 机械尺寸

微型航姿参考系统(MAHRS 3DM-S10系列尺寸如图 4所示。

图 4 微型航姿参考系统(MAHRS 3DM-S10系列尺寸

7 通讯协议及使用

7.1 通讯接口及设置参数

微型航姿参考系统(MAHRS 3DM-S10系列接口采用标准 RS232和 RS485A 串行接口,系统加电后,程序在处理器中运行,并通过串行接口连接通讯,启动时间小于 1秒。接口参数设置如表 6:

表 6

波特率 115200

数据位数 8

校验位无