【技术领域】
[0001] 本
发明涉及惯性测量单元(IMU)的实时通信领域，特别是涉及一种挠性陀螺系统角速度的数据通信结构。【背景技术】
[0002] 导引头用于某导弹的末段制导，是导弹的重要组成部分，它的优劣直接影响导弹的命中
精度和整个导弹的性能。在研制、生产和装备过程中，迫切需要先进的检测技术和检测设备来检测性能参数。因此，导引头的惯性测量单元是武器系统不可缺少的关键设备。惯性测量单元在导引头应用方面，包括陀螺系统和
加速度系统，分别提供惯性测量信息(角速度和线加速度)。在实际应用中，要保证挠性陀螺系统产生的角速度
信号实时性好且抗干扰性强，这就要求信号通信可实时控制。传统的挠性陀螺系统角速度信号输出为模拟量，上位机和下位机之间采用RS232串口进行通信，它是异步通信，抗干扰性能差，传输速度低并且还需处理器处理大量数据。【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种挠性陀螺系统角速度的数据通信结构。
[0004] 本发明的技术方案如下:一种挠性陀螺系统角速度的数据通信结构包括：信号调理
电路、AD转换电路、ARM主控电路；所述信号调理电路为复合差分电路，使所述AD转换电路的IN+和IN-单端
输入信号范围为0～VREF，VREF等于5V，使其输出差值范围在-5V～5V。
[0005] 优选的，所述AD转换电路其特征是选用16位的AD7688作为
模数转换，其对IN+与IN-引脚之间的
电压值差值进行
采样，两引脚的电压摆幅在0～Vref之间，所述AD转换电路的输入端还包括TVS管。
[0006] 优选的，所述ARM主控电路其特征是选用32位STM32F103，对信号进行采集、处理及与上位机通信。
[0007] 本发明实现信号采集、滤波、误差计算和补偿修正、与上位机通信等重要参数，简化了电路设计，提高了系统可靠性；采用SPI同步
接口采集数据和与上位机通信，克服了传统RS232异步的通信方式，提高了系统抗干扰能
力，且响应速度快，易于实现。【
附图说明】
[0008] 图1是挠性陀螺系统角速度信号通信
框图；
[0009] 图2是信号调理电路原理图；
[0010] 图3是AD转换电路原理图。【具体实施方式】
[0011] 下面通过实施方式对本发明作进一步说明。
[0012] 请同时参阅图1至图3，所述挠性陀螺系统角速度的数据通信结构，包括：信号调理电路、AD转换电路、ARM主控电路；所述信号调理电路为复合差分电路，使所述AD转换电路的IN+和IN-单端输入信号范围为0～VREF，VREF等于5V，使其输出差值范围在-5V～5V。
[0013] 所述AD转换电路其特征是选用16位的AD7688作为模数转换，其对IN+与IN-引脚之间的电压值差值进行采样，两引脚的电压摆幅在0～Vref之间，所述AD转换电路的输入端还包括TVS管。
[0014] 所述ARM主控电路其特征是选用32位STM32F103，对信号进行采集、处理及与上位机通信。
[0015] 对于实际系统，提供的信号幅值很小，噪声大，且易受干扰，需要对信号加工处理，选用LM158低功耗双路
运算放大器进行信号调理。信号调理电路见附图2(陀螺系统角速度两路信号调理电路形式一致)，为了使AD转换电路的IN+和IN-单端输入信号范围为0～VREF(VREF＝5V)，使其输出差值范围在-5V～5V，信号调理电路设计为复合差分电路，由此可推出：
[0016]
[0017] 即
[0018] IN+-IN-＝-VIN(其中Vin范围为-5V～5V)
[0019] 由上式可知，信号调理电路
输出信号满足AD芯片的输入要求，同时未损失采样幅度，达到了设计要求。
[0020] AD转换电路主要将调理后的信号转换为
数字量传至ARM芯片。AD转换芯片选用16位AD7688，该器件对IN+与IN-引脚之间的电压值差值进行采样，两引脚的电压摆幅在0～Vref之间，因此对输入信号幅值控制在-5V～+5V之间。为了防止输入信号有瞬间过压脉冲信号，在AD输入端增加TVS管，能够快速的将电压箝位在预定
水平，从而有效的保护AD转换电路，使IN+和IN-输入信号满足芯片要求，同时不损失采样幅度。见附图3(陀螺系统角速度两路信号AD转换电路形式一致)。
[0021] ARM主控电路选用ST公司32位ARM微控
制芯片STM32F103作为数字电路，实现AD芯片的控制、
数据采集处理、数据计算及数据传输功能。陀螺两路角速度信号分别利用两个标准SPI接口进行数据采集处理，ARM与上位机通信利用扩充SPI接口。两个标准SPI对其配置为主模式，并为外部从设备提供通信时钟SCK，保证信号的实时性采集和处理，扩充SPI由于部分引脚与JTAG共享，这些引脚不受IO
控制器控制，它们在每次复位后被默认保留为JTAG用途，因此要把引脚配置为SPI3，必须在调试时关闭JTAG并切换至SWD接口，或者在应用时同时关闭JTAG和SWD接口。
[0022] 系统
软件采用模
块化设计，使用C语言编程实现，程序上进行数据滤波、误差计算和数字标定，其中ARM主程序完成上电初始化，初始化完成后，打开中断，采用循环方式等待A/D采集信号到来。在定时中断程序中，将采集到的信号进行数字滤波后，计算角速度信号与基准信号之间的误差量，通过
算法进行误差补偿和数字标定。
[0023] 本发明采用ARM的多个SPI接口，解决了挠性陀螺系统角速度的两路信号采集处理、上位机数据通信的要求，已成功应用于某型号惯性测量单元中。
[0024] 本发明实现信号采集、滤波、误差计算和补偿修正、与上位机通信等重要参数，简化了电路设计，提高了系统可靠性；采用SPI同步接口采集数据和与上位机通信，克服了传统RS232异步的通信方式，提高了系统抗干扰能力，且响应速度快，易于实现。
[0025] 以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。
