[發明專利]一種陀螺傳感器的自適應量程控制方法

無效

• 申請號: 201210098911.3
• 申請日: 2012-03-31
• 公開（公告）號: CN102654401A
• 公開（公告）日: 2012-09-05
• 發明（設計）人: 李祥明;雷紅路
• 申請（專利權）人: 江蘇省東方世紀網絡信息有限公司
• 主分類號: G01C19/00
• 分類號: G01C19/00;G05B13/02
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 王偉

技術領域

本發明涉及具有多量程的微機電系統（MEMS）傳感器，具體涉及一種陀螺傳感器的自適應量程控制方法。

背景技術

由于基于半導體技術的微機械傳感器的體積小、重量輕、低成本，使得它們廣泛的應用于科學領域。特別是陀螺傳感器廣泛應用于各種自動化設備中，例如航空、航天、航海、汽車、兵器、手持設備等領域。

在利用電子陀螺時測量高速旋轉的物體如航天產品中使用大量程，而測量低速旋轉精度要求高的旋轉物體如手持設備中使用小量程從而提高精度。由于量程越大，傳感器輸出所能表示的單位數值越大，也就是精度越低。以16位寄存器的數字電子陀螺輸出為例，當輸出值為±32767表示最大量程值角速度分別為±250dps(度/秒)、±2000dps則最小單位±1所能表示的精度分別為±0.00875dps和±0.07dps，也就是說電子陀螺的輸出量程選擇越大其精度越低，量程值越小其精度越高。現有技術的不足之處在于：目前的電子陀螺傳感器在應用于高速旋轉的情況中用大量程，而在需要高精度的情況下用小量程測量，無法能夠實現自動調節量程從而滿足高速情況和高精度輸出。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的上述不足之處，提供一種陀螺傳感器的自適應量程控制方法，通過對當前輸出的角速度判斷是否需要切換量程，對于低速運動狀態下使用小量程保證測量精度而在高速運動狀態下自動切換到使用大量程保證測量范圍能夠達到。從而在不需要人為干預的情況下達到自適應角速度計算的效果。

常用電子陀螺一般有3個量程分別為250dps，500dps，2000dps。在陀螺旋轉過程中需要初始化指定寄存器來選定量程，為了保證精度會選擇最小量程250dps，由于對旋轉速度的不確定性導致在旋轉過程中會有超出量程的情況而使測量結果錯誤，如果初始化量程選擇過大會對低速運動情況下精度造成影響。本發明的自動化量程的方案是：因為起始從靜止狀態開始所以初始化量程選擇最小量程250dps，當速度增加到240dps的時候切換量程為500dps，對每次采集到的角速度值進行實時判斷即在下一個采樣點采集之前判斷出是否需要切換量程，經過大量的實驗測試證明傳感器在切換量程后會有2個數據的延遲，這2個數據仍然是250dps量程下的測量結果，所以要在240dps，即不到最大量程250dps時就要切換，防止這2個數據的輸出是超量程輸出。而在500dps下切換到250dps的時候為了防止在速度240dps附近跳變導致不停的切換寄存器影響陀螺的性能，所以在下降沿設定的值為200dps。同理在500dps-2000dps量程之間的相互切換分別選定上升沿480dps和下降沿430dps，利用不同的上升沿閥值和下降沿閥值設置避免了乒乓切換的發生。

實現本發明目的的技術方案是：?

一種陀螺傳感器的自適應量程控制方法，包括如下步驟：設置陀螺初始量程為250dps，命名該狀態為狀態0；實時采集陀螺輸出的角速度數據，判斷角速度是否大于240dps，如果是，則切換量程到500dps，命名該狀態為狀態1；如果否，則繼續保持狀態0。在狀態轉換時，陀螺角速度數據輸出會有數據的延時，判斷切換量程的角速度是240dps而不是250dps，目的是防止該數據已經為超量程輸出值。

在狀態0剛轉換到狀態1時，陀螺角速度數據輸出會有2個數據的延時，此時將這2個數據按照在量程250dps狀態下計算,?命名該切換過程為狀態0-1。

當穩定在狀態1的情況下，判斷角速度是否小于200dps，如果是，則切換到狀態0，該狀態切換時有2個數據的延時，命名該切換過程為狀態1-0；

如果否，則繼續判斷角速度是否大于480dps，如果是，則切換到量程2000dps，命名該狀態為狀態2，從狀態1切換到狀態2這個過程命名為狀態1-2；如果否，則繼續保持狀態1。在狀態1剛轉換到狀態2時，陀螺角速度數據輸出會有數據的延時，判斷切換量程的角速度是480dps而不是500dps，目的是防止該數據已經為超量程輸出值。

當穩定在狀態2的情況下，判斷角速度是否小于430dps，如果是，則切換到狀態1，從狀態2切換到1狀態這個過程命名為狀態2-1；如果否，則繼續保持狀態2。

在狀態0轉換到狀態1和狀態1轉換到狀態0時，判斷切換量程的角速度分別為240dps和200dps，這2個切換量程的角速度之間必需有個水位差以防止角速度在某個值附近不停跳變。