[实用新型]一种姿态陀螺仪倾斜补偿四元数解算装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及陀螺仪领域，更具体地，涉及一种姿态陀螺仪倾斜补偿四元数解算装置。 

背景技术

陀螺仪在高速旋转时，能够抗拒任何外力和干扰的影响，保持其自转轴相对于惯性空间方向上稳定不变。因此，通过测量相对于陀螺仪的转轴的夹角变化，能够实现对承载陀螺仪的设备(如飞行器)姿态偏离的检测和校正。此种利用陀螺仪实现的控制系统也被称之为姿态稳定系统。 

目前市场上所使用的陀螺仪大多为磁罗盘磁阻传感器，磁罗盘在倾斜时会出现磁偏移的情况，在倾斜到90度时会产生到180度左右的巨大误差。因而目前陀螺仪大多只能在自身保持水平的情况下正常工作。现有技术中可采用机械结构悬挂陀螺仪，使其一直保持为水平状态，以达到正确测量的结果，或者使用价格高昂的激光陀螺仪。以上解决方案都会使陀螺仪的结构复杂化，提高产品成本。 

实用新型内容

为了克服现有技术中的上述缺陷，本实用新型提供了一种姿态陀螺仪倾斜补偿四元数解算装置。本实用新型的目的是消除基于陀螺仪实现的姿态传感器发生倾斜时的数据误差，从而使姿态传感器能够提供精确的俯仰角、横滚角和航向角。 

本实用新型所提供的姿态陀螺仪倾斜补偿四元数解算装置，其特征在于，包括：方位传感器，六轴运动传感器，压力传感器，解算单元；所述六轴运动传感器通过I²C接口连接到解算单元，并且所述六轴运动传感器通过中断引脚连 接解算单元；所述方位传感器与六轴运动传感器的主I²C接口连接，并且方位传感器的数据准备引脚连接解算单元；所述压力传感器通过I²C总线连接所述解算单元；其中六轴运动传感器芯片的I²C主串行数据和时钟接口用于通过引线外接方位传感器芯片的I²C数据和时钟端口；六轴运动传感器芯片的I²C串行数据和时钟引脚通过引线连接到解算单元的单片机芯片的I/O端口；六轴运动传感器的帧同步数字端口通过引线连接单片机芯片的I/O端口；并且六轴运动传感器的中断端口通过引线连接单片机的I/O端口；方位传感器的数据准备端口通过引线连接单片机芯片的I/O端口；所述压力传感器的I²C串行数据和时钟端口通过引线连接单片机芯片的I/O端口。 

优选的是，所述六轴运动传感器包括3轴MEMS加速度计、3轴MEMS陀螺仪、一路温度传感器、ADC转换器、信号调节模块、传感器寄存器、主I²C串行接口以及从I²C和SPI接口。 

优选的是，所述压力传感器包括压力传感器单元、ADC、控制单元以及EPROM。 

本实用新型的改进点在于：通过方位传感器检测自身与地球磁场的相对关系，因而不受地域、封闭环境等影响；带有压力传感器用于检测气压，以获取自身高度，因而也不受空间海拔的影响；各部分的电路连接关系采用I²C执行数据传输，并且采用中断机制，解算单元可在第一时间读取最新的数据，快速响应姿态的变化，这样的连接使得控制器拥有最大的主动权，最快地获取各传感器的状态和转换结果，保证了数据的及时处理。 

本实用新型可广泛用于航空、医疗、车辆、物联网、机器人、信息模拟及数字娱乐等各个领域，具有姿态值准确、误差小、无姿态死角、成本低、解算速度快的有益效果。 

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明： 

图1是本实用新型所述的姿态陀螺仪倾斜补偿四元数解算装置结构示意图； 

图2是本实用新型所述六轴运动传感器与解算单元电路连接关系示意图； 

图3是本实用新型所述方位传感器的电路连接关系示意图； 

图4是本实用新型所述压力传感器与解算单元电路连接关系示意图； 

图5是本实用新型所述六轴运动传感器的芯片电路示意图； 

图6是本实用新型所述方位传感器的芯片电路示意图； 

图7是本实用新型所述压力传感器的芯片电路示意图； 

图8是本实用新型所述解算单元的单片机芯片电路示意图。 

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，并使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例及实施例附图对本实用新型作进一步详细的说明。