技术领域
[0001] 本
发明涉及姿态信息的精确获取领域，特别涉及一种多传感器姿态检测系统。
背景技术
[0002] 在三维空间中，物体一旦发生运动就可能引起自身姿态的改变。在某些控制领域，确定物体在某一时刻的姿态信息是非常重要的。而姿态检测系统就是利用相关仪器和设备来实时获取载体在运动过程中的姿态信息以及姿态的变化趋势。姿态检测技术作为一种关键的技术，在一些传统的领域扮演着重要的
角色。在军事领域，导弹的弹道修正和精确制导涉及到导弹姿态的测量；在航空航天领域，卫星、
航天器的导航控制需要获取其姿态信息；在工业领域，车辆和
船舶的倾斜状态需要通过姿态测量来获取。近几年，无人机、智能穿戴设备、
虚拟现实等新兴领域的出现，使得姿态检测技术渐渐成为社会关注的热点。航拍
飞行器、智能手环、VR头盔等设备的正常工作都离不开姿态信息的精确获取。同时，这些民用消费类的
电子产品也对姿态检测系统的
质量尺寸、工作能耗和造价成本等各个方面都提出了更高的要求，促使整个系统朝着小型化、低功耗和高
稳定性的方向发展。随着姿态检测系统在民用领域的广泛应用，设计一款能够满足民用领域使用要求的姿态检测系统具有重要的意义。传统的姿态检测系统例如惯性
导航系统，是由体积较大的机械式
陀螺仪组成，成本较高且误差随时间而积累。而在军事上大多都采用了
原子陀螺、静电陀螺和原子
加速度计等高
精度的惯性传感器来测量载体的姿态。这些器件虽然精度较高，但是造价昂贵。同时传统惯性器件会引起的漂移误差，会影响整个系统的可靠性。特此开发了一种多传感器姿态检测系统。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于解决上述技术中出现的问题，提供一种多传感器姿态检测系统，该系统以
微处理器作为控制和计算单元，同时确定了集成三轴陀螺仪、三轴MEMS加速度计的惯性测量单元和三轴
磁阻传感器的多传感器组合方案来获取载体的
角速度、加速度以及所处
位置的
磁场强度等信息。该系统成本低、小型、精度高还够实时显示输出数据。整个系统不仅能在静止状态输出稳定、精确的姿态角数据，而且在处于加速或匀速状态时也能够实现对姿态角的实时
跟踪，具有良好的动态响应。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
[0005] 一种多传感器姿态检测系统，包括主控单元、传感单元和电源管理单元，所述的主控单元通过I2C总线连接到传感单元，所述电源管理单元分别连接主控单元和传感单元；
[0006] 进一步，作为优选的技术方案，所述的主控单元包括微处理器模
块，所述微处理器模块设置有嵌入式32位
内核的AEM处理芯片；
[0007] 进一步，作为优选的技术方案，所述的微处理器采用了哈佛结构将程序指令存储和数据存储分开；
[0008] 进一步，作为优选的技术方案，所述的传感器单元包括惯性触感器模块和辅助传感器模块，所述惯性传感器模块包括三轴加速度计和三轴陀螺仪；
[0009] 进一步，作为优选的技术方案，所述的辅助传感器模块包括磁阻传感器，所述磁阻传感器之处I2C协议；
[0010] 进一步，作为优选的技术方案，所述的主控单元通过USART
接口连接有串口转USB模块,所述串口转USB模块连接到上位机；
[0011] 进一步，作为优选的技术方案，所述的主控单元还连接有LED显示模块；
[0012] 进一步，作为优选的技术方案，所述的主控单元设置SWD调试接口，所述的SWD调试接口连有SWD调试模块。
[0013] 本发明所具有的有益效果：
[0014] 本发明以微处理器作为控制和计算单元，同时确定了集成三轴陀螺仪、三轴MEMS加速度计的惯性测量单元和三轴磁阻传感器的多传感器组合方案来获取载体的角速度、加速度以及所处位置的磁场强度等信息。该系统成本低、小型、精度高还够实时显示输出数据。整个系统不仅能在静止状态输出稳定、精确的姿态角数据，而且在处于加速或匀速状态时也能够实现对姿态角的实时跟踪，具有良好的动态响应。
附图说明
具体实施方式
[0016] 下面结合附图和具体
实施例对本发明作进一步的说明。
[0017] 实施例1
[0018] 如图1所示，一种多传感器姿态检测系统，包括主控单元、传感单元和电源管理单元，所述的主控单元通过I2C总线连接到传感单元，所述电源管理单元分别连接主控单元和传感单元，所述的主控单元包括微处理器模块，所述微处理器模块设置有嵌入式32位内核的AEM处理芯片，所述的微处理器采用了哈佛结构将程序指令存储和数据存储分开，所述的传感器单元包括惯性触感器模块和辅助传感器模块，所述惯性传感器模块包括三轴加速度计和三轴陀螺仪，所述的辅助传感器模块包括磁阻传感器，所述磁阻传感器之处I2C协议，所述的主控单元通过USART接口连接有串口转USB模块,所述串口转USB模块连接到上位机，所述的主控单元还连接有LED显示模块，所述的主控单元设置SWD调试接口，所述的SWD调试接口连有SWD调试模块。
[0019] 工作时，微处理器和传感器作为整个系统
硬件部分的核心元器件，影响着整个系统的性能。其中前者作为系统的主控单元，既要负责协调系统中各个模块的运行，又要及时处理传感器传来的测量数据并输出姿态信息。而后者包含三轴MEMS加速度计、三轴MEMS陀螺仪和三轴磁阻传感器，主要是为了实时获取载体的加速度、角速度以及所处位置的磁场强度等信息。因此在两者的选型时需要充分考虑它们的性能、尺寸、价格等相关的参数指标对系统的影响。传感器与微
控制器之间通过I2C总线实现相互通信。微处理器在内部根据数据融合
算法对接收到的三个
传感器数据进行融合滤波处理之后得到精确的姿态信息，然后通过USART接口将传感器数据和姿态信息进行输出。USB转串口模块接收微处理器输出的姿态和传感器数据，并将它们传送到上位机上进行显示。在整个过程中，电源管理模块使用低压差线性稳压器为传感器和微处理器芯片提供稳定的工作
电压。而SWD调试模块可以将相关的程序下载到主控芯片中，同时方便进行调试。另外，LED显示模块是用来指示整个系统的运行状态以及配合程序调试使用。
[0020] 优选的，微处理器模块的主要功能是接收各个传感器的数据并进行处理、实现系统中各个模块之间的相互联系和协调控制。该模块需要具备相应的接口来接收传感器的数据和发送姿态信息给上位机。除此之外，第三章中提到的不同的数据融合算法对
微控制器的性能要求也是不同的。特别是包含大量矩阵运算的卡尔曼滤波算法对微处理器提出了更高的要求。因此，微处理器在选型时，要满足算法的复杂程度。另外微处理器作为整个系统的核心元器件之一，还需要考虑功耗、价格等参数指标，使其满足民用消费领域对低成本和低功耗的要求。本实施例选用STM32F103T8U6微处理器，嵌入式ARM处理器芯片，其内核是32位的Cortex-M3，采用了哈佛结构将程序指令存储和数据存储分开。整个处理器采用精简指令集来提高其自身的运算速度。。另外芯片具有丰富的片内外设，这些外设的外部引脚都是与GPIO复用的。当要使用
定时器(TIM)、USART、I2C等内置外设时，可以通过内部寄存器的设置实现相应管脚的复用，从而达到功能外设的正常使用。除此之外，外设的引脚可以实现重映射，解决PCB线路板设计过程中在布局和布线时遇到的问题。选用AMR传感器芯片HMC5883L来获取载体所处位置的磁场强度。该传感器虽然其尺寸只有3.0×3.0×0.9mm，但是其内部集成了
放大器、驱动
电路和12位
模数转换电路等电路，能满足高精度的测量。传感器的最大量程为±8Oe，根据实际的应用要求，可以通过设置不同的增益达到选择不同量程的目的。另外，传感器的
电流消耗只有100uA，能满足系统对低功耗的要求。同时，HMC5883L支持I2C协议，可以实现和STM32芯片的数据交互。LED显示模块采用绿色和红色两个不同
颜色的LED相互配合的方案来指示整个系统在运行、仿真时的多种状态。在系统正常运行时，红色的LED闪烁一次表示完整发送了一次姿态数据给上位机，绿色的LED闪烁一次表示完整发送了一次传感器数据给上位机。在硬件调试时，可以通过观察LED的亮暗状态来判断主控芯片是否正常工作、电源管理模块的输出是否稳定、传感器的工作是否正常等情况。
[0021] 本发明的
说明书和附图被认为是说明性的而非限制性的，在本发明
基础上，本领域技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中一些技术特征做出一些替换和
变形，均在本发明的保护范围内。
