[发明专利]一种九轴MEMS传感器

说明书

技术领域

本发明涉及到九轴MEMS传感器的技术领域，特别涉及到一种用于测定x轴、y轴和z轴的角速度、加速度和磁场的九轴MEMS传感器，可用于振动、导航、姿势测量领域。

背景技术

随着现代测控技术领域的不断发展，测控领域对传感器的采集精度和响应速度和频带等都提出了更高的要求，而与之对应的是新一代的MEMS元件也积极迎合技术创新的需要，向整合振动仪、加速度计、磁力计与压力感测器等多轴MEMS元件方向发展。陀螺仪是振动、导航和姿态测量系统中的核心传感器，通过测量惯性空间的三维角速度、三维加速度及三维磁场强度，实时输出物体在空间中的姿态角。随着MEMS(MicroElectroMechanicalSystem微机电系统)技术的快速发展，该类型的陀螺仪传感器使用越来越广泛，开始渗透至医疗、娱乐、安全、财务等其他领域，对社会的方方面产生了重要的影响。

角速度、加速度、磁场信号的集成性测量传感器及其数据传输是研究的重要方向，将改变传统传感器的发展方向。目前传统的传感系统主要为ICP传感器应用系统，如图1所示，主要有ICP传感器01、功率放大器02和数据采集器03三个部件组成，由数据采集器03对ICP传感器01得到的数据进行采集分析，再传递给计算机系统04。由三者组合起来的传感器系统往往体积巨大，携带不方便，安装流程复杂，而且价格比较昂贵，普通用户难以承担。

发明内容

本发明的目的在于提供一种九轴MEMS传感器，实现了对角速度、加速度和磁场信号进行安全可靠的采集、存储，并稳定高速地传输数据给上位机，进行数据的处理和保存。

一种九轴MEMS传感器，包括下位机和上位机，所述下位机包括微控制器模块、陀螺仪模块、电源模块、存储器模块和传输模块，其中陀螺仪模块、电源模块、存储器模块、传输模块分别与微控制器模块相连；所述上位机包括数据收发模块、模式选择模块、参数设置模块、数据处理模块、数据保存模块和图形显示模块，其中数据收发模块为模式选择模块、参数设置模块和数据处理模块提供数据传输通道，数据处理模块为数据保存模块和图形显示模块提供处理后的数据；所述下位机和上位机通过有线或无线方式进行通信。

其中，所述传输模块为USB模块、蓝牙模块或者WIFI模块中的至少一种。

其中，所述传输模块为USB模块，所述下位机和上位机通过USB总线连接通信。

其中，所述传输模块为蓝牙模块，所述下位机和上位机通过蓝牙技术连接通信。

其中，所述传输模块为WIFI模块，所述下位机和上位机通过WIFI连接通信。

其中，所述微控制器模块包括CPU、SPI控制器、A/D转换器、I2C控制器，所述SPI控制器、A/D转换器、I2C控制器分别与CPU相连接。

其中，所述存储器模块通过SPI控制器与CPU进行数据交换；所述电源模块通过A/D转换器让CPU监控电量；所述陀螺仪模块通过I2C控制器将数据传送到CPU。

其中，所述陀螺仪模块包括信号采集电路、A/D转换电路、I2C控制器，所述信号采集电路经A/D转换电路转换后与I2C控制器相连接。

其中，信息采集电路包括角速度信号采集电路、加速度信号采集电路、磁力场信号采集电路。

本发明采用以上技术方案，利用上位机用于对下位机的模式、参数进行设置并对下位机传输的数据进行准确的提取、处理和保存；下位机用于对角速度、加速度和磁场信号进行采集，处理、存储和传输，并对电源进行管理。产生如下有益效果：(1)对整个系统进行了小型化处理，使得整个系统便于携带和安装；(2)整个系统进行了低功耗处理，使得整个系统在锂电池供电下，能够工作数小时,保证系统在缺少外部电源的情况下，能正常工作；(3)上位机应用程序通过多线程技术实现了高速接收下位机数据和高速的发送控制指令及参数。

附图说明

图1为现有技术中传统的ICP传感器应用系统示意图。

图2为本发明九轴MEMS传感器结构框图。

图3为本发明九轴MEMS传感器微控制器模块结构图。

图4为本发明九轴MEMS传感器陀螺仪模块结构图。

图5为本发明九轴MEMS传感器实施例一的结构框图。

图6为本发明九轴MEMS传感器实施例一的上位机工作流程图。

图7为本发明九轴MEMS传感器实施例一的下位机工作流程图。

图8为本发明九轴MEMS传感器实施例一的应用系统示意图。

图9为本发明九轴MEMS传感器实施例二的结构框图。