基于mems的资料浮标姿态传感器的设计与实现

《基于mems的资料浮标姿态传感器的设计与实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于MEMS的资料浮标姿态传感器的设计与实现摘要资料浮标在海洋气象预报、海洋资源开发和海洋灾害预警等方面起到至关重要的作用，它可以长时间、连续地对某一固定海域的海洋环境和气候进行监测。资料浮标的姿态信息作为风速、风向、海流剖面等观测信息的校正和补偿依据是必不可少的测量参数。随着微电子机械(MEMS)技术的全面发展，基于MEMS惯性器件构建低成本、低功耗、小体积的姿态传感器逐步成为姿态测量领域的发展趋势。由于MEMS惯性器件具有一定的误差和漂移，因此需要采用多传感器获得冗余数据，并通过数据融合技术提高系统的测量精度和稳定性。针对以上需求和问题，本文设计并制造了一

2、种基于MEMS惯性器件的资料浮标姿态传感器。本系统采用具有丰富片上资源的STM32F103C8T6微处理器作为系统的硬件平台，利用三轴加速度传感器、三轴磁阻传感器和三轴陀螺仪等MEMS惯性器件获得载体姿态的冗余信息，使用扩展卡尔曼滤波算法实现多传感器数据融合，并通过串口通信将系统测得的姿态信息传输到上位机进行显示。系统采用源代码公开的μC/OS-II实时操作系统作为系统的软件平台，在软件平台的基础上设计了系统硬件驱动程序和用户应用程序，并将μC/OS-II实时操作系统成功移植到STM32F103C8T6微处理器上，实现各个任务模块在操作系统的调度下根据任务优先

3、级稳定运行。在系统稳定运行的基础上，分析了本系统中各种误差的产生原因和补偿方法，并验证了使用椭圆假设法补偿系统磁航向误差的可行性。通过系统测试表明，以STM32F103C8T6微处理器和μC/OS-II实时操作系统为核心，由三轴加速度传感器、三轴磁阻传感器和三轴陀螺仪组成的姿态传感器，通过FIR数字滤波、扩展卡尔曼滤波、误差补偿等优化过程，得到的载体姿态信息的测量精度可以满足资料浮标姿态信息的测量要求，且与传统的应用于资料浮标的姿态传感器相比，具有体积小、成本低、实时性强等优点，具有丰富的研究价值和应用价值。关键词：资料浮标；MEMS传感器；μC/OS-II实

4、时操作系统；扩展卡尔曼滤波；误差补偿万方数据万方数据TheDesignandImplementationofdatabuoyposturesensorbasedonMEMSAbstractDatabuoyplaysacrucialroleinmarinehydro-meteorologicalforecast,marinerecoursedevelopmentandmarinedisasterwarning.Itcancontinuouslymonitorthemarineenvironmentandclimateforalongtime.Databuoysh

5、ouldmeasureitsattitudeinformationtocalibrateandcompensatemeasureddataofwindspeed,winddirectionandoceancurrent.WiththecomprehensivedevelopmentofMicro-electromechanicalSystems,manufactureofthelow-cost,lowpowerandsmallposturesensorbasedonMEMSgraduallybecomesthedevelopmenttrendinthefiel

6、dofattitudemeasurement.DuetotheattitudedivergenceandattitudeerrorfromMEMSsensor,weneedtoutilizemulti-sensortoobtainredundantattitudeinformation,andusedatafusiontechnologytoimprovethemeasurementprecisionandstabilityofthesystem.Accordingtotheaboverequirementsandproblems,thepaperdesign

7、sandmanufacturesakindofdatabuoyposturesensorbasedonMEMS.ThesystemadoptsSTM32F103microprocessorwhichownsrichon-chipresourcesasthehardwareplatform.Thesystemutilizesthree-axisaccelerometer,three-axismagneto-resistivesensorandthree-axisgyroscopetoobtaintheredundantattitudeinformation.Th

8、eextendedkalmanfilt