岱默ENC03陀螺仪+MMA7361加速度计角度融合讲解

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2、DEMOK岱默科技用心服务岱默科技http://demok.taobao.com第一节：方案介绍该方案由清华大学卓晴老师在《直立车参考设计方案》中提出，由陀螺仪ENC-03+加速度计MMA7260进行互补滤波，最终得出直立车运行时车体的倾角，经过多年参赛选手的实践验证，该方案完全可行，并且与卡尔曼等其他滤波相比，大大减少了软件工作量。（1）加速度传感器工作原理加速度传感器可以测量由地球引

3、力作用或者物体运动所产生的加速度。竞赛规则规定如果车模使用加速度传感器必须使用飞思卡尔公司产生的加速度传感器。MMA7260是一款三轴低g半导体加速度计，可以同时输出三个方向上的加速度模拟信号。我们只需要测量其中一个方向上的加速度值，就可以计算出车模倾角，比如使用Z轴方向上的加速度信号。车模直立时，固定加速度器在Z轴水平方向，此时输出信号为零偏电压信号。当车模发生倾斜时，重力加速度g便会在Z轴方向形成加速度分量，从而引起该轴输出电压变化。变化的规律为：ukgsinkg从上式可以看出，当倾角θ比较小的时候，输出电压的变化可以近似与倾角成

4、正比。似乎只需要加速度就可以获得车模的倾角，再对此信号进行微分便可以获得倾角速度。但在实际车模运行过程中，由于车模本身的摆动所产生的加速度会产生很大的干扰信号，它叠加在上述测量信号上使得输出信号无法准确反映车模的倾角，所以无法单独使用。（2）陀螺仪工作原理陀螺仪可以用来测量物体的旋转角速度。竞赛允许选用村田公司出品ENC-03系列的加速度传感器。它利用了旋转坐标系中的物体会受到科里奥利力的原理，在器件中利用压电陶瓷做成振动单元。当旋转器件时会改变振动频率从岱默科技用心服务岱默科技http://demok.taobao.com而反映出物体旋转的角

5、速度。在车模上安装陀螺仪，可以测量车模倾斜角速度，将角速度信号进行积分便可以得到车模的倾角。由于陀螺仪输出的是车模的角速度，不会受到车体运动的影响，因此该信号中噪声很小。车模的角度又是通过对角速度积分而得，这可进一步平滑信号，从而使得角度信号更加稳定。由于从陀螺仪角速度获得角度信息，需要经过积分运算。如果角速度信号存在微小的偏差和漂移，经过积分运算之后，变化形成积累误差。这个误差会随着时间延长逐步增加，最终导致电路饱和，无法形成正确的角度信号。如何消除这个累积误差呢？一种简单的方法就是通过上面的加速度传感器获得的角度信息对此进行校正。通过对比积

6、分所得到的角度与重力加速度所得到的角度，使用它们之间的偏差改变陀螺仪的输出，从而积分的角度逐步跟踪到加速度传感器所得到的角度。图1通过重力加速度来矫正角度偏移岱默科技用心服务岱默科技http://demok.taobao.com第二节：岱默ENC03-MMA7361模块介绍此模块使用了性能更加卓越的MMA7361代替官方方案里的MMA7260，二者功能与使用方法完全相同。实物图如下：淘宝网址：http://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.3.w4002-1241980802.9.P0jyhg&id=1364

7、8757128该电路使用的是清华方案：输出效果：岱默科技用心服务岱默科技http://demok.taobao.com如图是将模块围绕X轴转动的波形，绿色为陀螺仪输出，红色为加速度计X轴输出，可看出波形完全正常。而且不会出现别家陀螺仪经常出现的反冲现象。引脚说明：PinNo（丝印说明）功能5V5V电源输入GND电源地3.3V电源输出，不接A陀螺仪角速度模拟量输出X加速度计X轴模拟量输出Y加速度计Y轴模拟量输出Z加速度计Z轴模拟量输出第三节：角度融合（互补滤波）如何根据陀螺仪以及加速度计的输出得到真实的角度呢，下面给出互补滤波的方案以及代码。下图

8、是红框内是清华方案的结构图：岱默科技用心服务岱默科技http://demok.taobao.com融合代码：voidAngleCalculate(void){floatfDeltaValue;Angle.GraAngle=(Angle.AccZ-Angle.GRAVITY_OFFSET)/GRAVITY_ANGLE_RATIO;//计算加速度计输出角度与设定角度的差值Angle.GyroAngleSpeed=(Angle.AngleSpeed-Angle.GYROSCOPE_OFFSET)/GYROSCOPE_ANGLE_RATIO;//计算陀

9、螺仪的角速度Angle.CarAngle=Angle.GyroAngleIntegera;//车的角度赋值fDeltaValue=(Angle.Gra