[发明专利]基于CAN总线的多传感器校正通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及传感器数据的校正方法，具体地说是一种通过CAN总线通信，涉及加速度和陀螺仪两种传感器数据的校正方法。

背景技术

随着科技的发展，机器人越来越频繁地出现在人们的视野，人们的生活中,如自动化驾驶仪、空中机器人。而在机器人的控制中，姿态的精准度最为关键，计算姿态的传感器中加速度和陀螺仪最为常见。一般我们将加速度和陀螺仪两种传感器合称为MEMS(micro-electro-mechanical system)，本专利中简称为测量单元节点。由于存在着随温度变化的零点漂移(bias)和随温度变化的比例因子(scale)失真，以及生产工艺或焊接工艺带来的三维传感器带来的三轴之间的非正交耦合误差(M)等线性和非线性误差。

在项目中需要在测量单元节点使用前进行校正，为了批量生产的方便，需要一种简单而有效的校正方法，需要对多个测量单元节点进行同时校正而且要控制校正设备的低成本。此时需要测量的数据量较大，频率较高以提高测量精度，且为了节约时间而进行多传感器校正，且由于计算量较大，测量单元节点无法独自进行校正，需要借助计算机进行运算，故需要的通信协议要求如下：

1)无拥塞，测量单元节点间没有优先级区分，而通信模型为一个计算机主机对多个测量单元节点，在测量单元节点增加时，通信不能出现数据堵塞。而在多个测量单元节点同时发送数据而没有进行控制的情况下，有很大几率会造成数据拥塞。

2)无丢包，由于大多数传感器校正算法中需要稳定的时间间隔，丢包后会对算法造成噪声，降低精确度；而且由于单个测量数据的数据量较大，需要分包，丢包后容易出现数据错位或数据异常、数据拥塞。

3)快速，由于在传感器算法中，数据的测量时间间隔越短，校正的结果越精确，所以数据采集较快，若用轮询方式会占用双倍的数据带宽。

CAN是Controller Area Network的缩写(以下称为CAN)，是ISO国际标准化的串行通信协议，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种MEMS测量单元节点的校正方法，一种简单而有效、批量而低成本、基于CAN总线与主机通信的校正方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

基于CAN总线的多传感器校正通信方法，其包括以下步骤：

步骤1、测量单元节点上电后发送申请编号帧给主机，申请编号帧中的数据段为测量单元节点的唯一芯片编号，所述测量单元节点包括加速度计和陀螺仪；

步骤2、主机接收所述申请编号帧后，查找哈希表并记录所述唯一芯片编号，同时，向测量单元节点发送编号分配帧，所述编号分配帧包括为测量单元节点分配的单元编号和组号；

步骤3、测量单元节点接收到主机发送的编号分配帧并判断所述编号分配帧是否相符，如果相符，则该测量单元节点编号分配完毕，等待主机的控制命令，编号分配后的测量单元节点不再以其唯一芯片编号判断，而以主机分配的单元编号和组号进行判断；

步骤4、主机通过图形化界面进行测量流程控制，并使能相应的测量单元节点进入校正流程，以获得每个测量单元节点的校正矩阵，所述主机通过校正设备对测量单元节点进行校正，所述校正设备包括水平转台和带有多个测量单元节点插槽且可六个方向水平摆放的正方体测量单元节点安装架，所述水平转台由主机通过CAN总线控制的电机驱动下转动，所述正方体测量单元节点安装架固定安装于水平转台的上侧中心位置，所述测量单元节点安装于正方体测量单元节点安装架内，所述校正矩阵包括零点漂移矩阵、比例因子矩阵以及三轴之间的非正交耦合误差矩阵；

步骤5、校正完成后，主机将带有校正矩阵的校正数据帧通过CAN总线发送给相应的测量单元节点，测量单元节点接收到校正数据帧后记录并替换原有数据计算参数。

所述步骤2中，主机分配组号的方法依据测量单元节点的上电顺序或用户选择或者单元编号进行，每个测量单元节点只能对应一个组号。

所述步骤3中，判断所述编号分配帧是否相符的方法为：先判断测量单元节点是否处于等待编号分配阶段，如果是，则再将编号分配帧中的芯片编号与测量单元节点的唯一芯片编号进行比对验证。

所述步骤4中，所述校正流程包括以下步骤：