[实用新型]一种多算法多传感器融合的航姿检测系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及惯性导航，尤其是涉及一种多算法多传感器融合的航姿检测系统。

背景技术

近几年，无人机和飞行器技术不断地突飞猛进，不断向大型化、专业化发展。而飞行器和无人机的稳定性和可靠性离不开姿态和航行信息的获取。在电子玩具、运动检测、机器人和VR游戏等方面，也急需一种低成本小型化的航姿参考系统，而传统的航姿参考系统价格较昂贵，体积大等原因无法在这些领域得到很好的应用。

航姿参考系统(Altitude and Heading Reference System，AHRS)包括三个轴向传感器，能为飞行器提供俯仰、横滚和偏航信息，本设计的系统能够为飞行器提供准确可靠的姿态与航行信息。

陀螺仪、加速度计和磁力计三种传感器越来越多地被应用于无人机和各种机器人身上的姿态测量和导航检测中。在航姿参考系统中，最终需要获得的是欧拉角，其中加速度计通过测量三轴地球重力分量来提取水平两轴倾角参考值，磁力计通过测量三轴地磁强度积分获得航向角参考量，陀螺仪的三轴角速度积分获得三轴角度的修正值。利用一阶低通滤波、IIR‐I型滤波等算法融合，再利用一阶龙格库卡法的四元数解算出三轴欧拉角度，从而获得高精度和鲁棒性高的三轴航姿角度。

发明内容

本实用新型的目的在于针对解决目前所急需的一种低成本小型化而且精度差和受干扰严重的技术问题，提供克服传统航姿参考系统测量精度差和稳定性不高等不足，更降低了航姿检测系统的成本和体积的一种多算法多传感器融合的航姿检测系统。

本实用新型设有电源模块、MCU单片机模块、多传感器组合模块和数据通讯模块；所述电源模块的电源输出连接到MCU单片机模块、多传感器组合模块和数据通讯模块，所述MCU单片机模块与多传感器组合模块和数据通讯模块连接，所述多传感器组合模块由陀螺仪、加速度计和磁力计组成，数据通讯模块分别与CAN和蓝牙组成，CAN和蓝牙与MCU单片机模块通过USART总线和CAN总线连接。

所述MCU单片机模块包括单片机外围电路、烧录接口和复位组成，MCU单片机为整个系统的CPU，负责对传感器原始数据的读取和算法处理并解算出用户所需的各种数据并通过数据通讯模块发送给用户。

所述电源模块可采用3.3V电源。

所述电源模块为整个系统供电，包括多传感器模块的独立供电和MCU单片机等其余供电，传感器独立供电能够减小其他外围电路电源波动对传感器数据的干扰。

所述陀螺仪可采用MPU6050陀螺仪，所述磁力计可采用HMC5883磁力计。

所述数据通讯模块分为内部数据存取模块和面对用户的数据通讯模块主要包括USART串口和汽车总线CAN总线。这两种通讯方式都是现在使用最为广泛的，这也是本实用新型能够更好的适应各种电子和工业设计的原因。

附图说明

图1为本实用新型的系统硬件框图。

图2为本实用新型的电源模块。

图3为本实用新型的传感器模块。

图4为本实用新型的数据通讯模块。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1为系统硬件框图，本实用新型实施例设有电源模块1、MCU单片机模块2、多传感器组合模块和数据通讯模块；所述电源模块1的电源输出连接到MCU单片机模块2、多传感器组合模块和数据通讯模块，所述MCU单片机模块2与多传感器组合模块和数据通讯模块连接，所述多传感器组合模块由陀螺仪3、加速度计4和磁力计5组成，数据通讯模块分别与CAN 6和蓝牙7组成，CAN 6和蓝牙7与MCU单片机模块2通过USART总线和CAN总线连接。

所述MCU单片机模块包括单片机外围电路、烧录接口和复位组成，MCU单片机为整个系统的CPU，负责对传感器原始数据的读取和算法处理并解算出用户所需的各种数据并通过数据通讯模块发送给用户。

所述电源模块可采用3.3V电源。

所述电源模块为整个系统供电，包括多传感器模块的独立供电和MCU单片机等其余供电，传感器独立供电能够减小其他外围电路电源波动对传感器数据的干扰。

所述陀螺仪可采用MPU6050陀螺仪，所述磁力计可采用HMC5883磁力计。

本实用新型采用5V供电，内部转压为整个系统供电。微处理器采集到9轴传感器的原始数据，并独立进行相应的数字滤波后经过四元数解算出相应的pitch、roll和yaw三维欧拉角。然后系统将根据用户设定的所需发送的数据，分别进行CAN和串口发送。