基于AD7175-8的MEMS航姿系统设计

基于AD7175-8的MEMS航姿系统设计李（陕西东方航空仪表有限责任公司，陕西省汉中市723102）阳【摘要】传感器信号的量化方式直接影响MEMS航姿系统的导航精度，本文通过设计基于高精度AD芯片AD7175-8的采样电路，实现对加

量化分辨率小于10ug。同时，该系统具有小型化特点，满速度信号的采集量化，最后进行样机跑车验证，结果显示导航精度远远满足指标要求。

足低成本航姿的应用需要。

小型化【关键词】高精度；AD；

【中图分类号】【文献标识码】【文章编号】（2019）TN966A1006-422208-0099-02

MEMS航姿系统通过MEMS陀螺和MEMS加速度计敏感载机的角速率和加速度袁并对角速率和加速度信号进行采集量化得到离散的数字信号用于捷联解算遥最终对外输出航向尧姿态等导航信息[1]遥由于MEMS航姿系统解算出的姿态和航向误差随着传感器的漂移进行累积袁因此使用卫星导航接收机板的定位信息进行组合导航袁使用卡尔曼滤波算法估算系统的姿态尧航向误差袁对解算出的姿态尧航向进行误差校正遥航姿系统既需要丰富灵活的设备接口来接收各个传感器尧卫导板及其他设备的数据袁又需要进行复杂的数据运算以及具备高速实时的计算能力袁因此采用DSP+FPGA构架的硬件平台[2]遥

将陀螺和加速度电流信号转为离散的数字信号袁即对电流信号进行采集尧量化尧编码等遥主要采用两种方式遥

第一种是采用常用的V-F电路实现遥该V-F电路由运放组成的输入比较器尧分立器件搭建袁组成电路复杂袁设计原理

1系统原理难度大尧占用空间遥

第二种是采用AD芯片实现遥该方式仅需要一个高精度的AD芯片尧电压基准芯片尧全差分运放组成遥电路设计简单袁噪声小尧集成度高袁占用体积很小袁无需单独设计电路板袁仅需在电路板上进行设计即可遥

2.2AD硬件原理设计

2.2.1电压信号调理

2系统硬件设计采集的模拟信号是很小的电压信号袁易受外界磁场尧电场的干扰袁且电压信号在传输过程中出现损耗袁需要对采集的信号进行信号调理遥信号调理采用高阶低通滤波器和单端转差分的运算放大器AD4945转换后送至AD芯片遥

2.2.2AD转换电路

2.1信号采集方式

选择高精度AD芯片对模拟信号采样尧量化来更接近模拟信号遥陀螺和加速度电流采集方式一致袁以X轴加计电压信号采集为例袁5V表示6G的动态范围袁由于加速度计的分辨率要求10ug袁对应的电压信号分辨率要求为8.3uV曰同时袁主机板的处理中断是10ms袁需要10ms采样累计100个数袁即转换速率至少大于100us遥选择的AD芯片7175-8是一款各通道

某些特殊试剂的要求标准袁如室内湿度袁温度袁大气压强度等细节遥

2.3绿色升级类型医院检验科生化质控管理工作的开发

基于保质保量完成所分配的检验科质控任务是当代医院检验科的根本遥同时袁我们应该积极响应国家发布的绿色可持续发展原则遥由于医院检验科生化质控避免不了产生医疗废旧器械尧医疗用品废渣尧医用检验品粉尘污染等灰色问题袁这就要求了在医院检验科生化质控管理过程中袁管理人员须多多宣扬绿色理念遥可应用新型环保医疗机械包括但不限于国内自主研发生产的精准率较大的主要机械和辅助机械袁保证物尽其用的同时袁得以尽可能多地吸收医疗过程中产生的医用垃圾遥循环利用所谓医疗检验品所产生的废渣污染袁不公然投放至大众环境之中遥节能减排袁不论是医疗器械或是质检手段袁走绿色升级道路都是新型医院检验科生化质控管理工作必不可少的手段遥

走升级道路的医院检验科生化质控管理应该逐渐被我国基层医院管理体系所重视遥高效的质控管理体系对于我国未来的基础医疗建设发展是有重大意义及推动作用的遥它在一定程度上带动了医院检验科的建设也就推动了我国城市医疗体系的建设与地域医疗经济发展遥积极应用并投身于新型医

每一次高效率尧高质量尧高水平的基层医院检验科生化质控管理则必然是在上述该种新型优化过的管理体制下建立的遥我们要树立健全的医院检验科生化质控管理制度体系袁结合基础型方案及符合国家发展要求的医疗方案袁在优秀的医学质检管控人员的落实下袁全面贯彻各项细则来深化新型医院检验科生化质控管理观念遥这也将逐渐成为新一代卓越医学检验人才甚至是国家基层医院未来对自身的基本要求遥

[1]丛玉隆袁秦小玲.检验科管理中的几个主要问题与对策[J].中华检验医学杂志袁2003袁11渊26冤院649-651.

[2]王美兰袁徐建华袁林琳袁张秀明.加强医院血库规范化管理确保临床输血安全[J].国际医药卫生导报袁2006渊17冤.

3结束语院检验科生化质控管理的合理开发之中袁从而带动我国城市基层医院建设的高效发展遥做好了新型医院检验科生化质控管理可谓百利而无一害遥

参考文献

收稿日期：2019-6-17作者简介：李贤渊1989-冤袁女袁汉族袁山东济宁人袁助理工程师袁本科袁研究方向为信息管理遥

100通信设计与应用

同步采样尧低噪声尧高于24位精度的撞-驻型AD遥转换速率范围为5SPS至250kSPS可调袁在转换速率为100us时袁分辨率为21位袁对于5V电压信号的量化精度为5/221=2.35uV袁满足速率与范围AD精满足使度-2.5V~+2.5V用外部要求遥

基准遥源AD提供转换2.5V后的基数据准信号输出袁采保用证差SPI4分输线输入出方式袁通过FPGA控制CS尧SDI尧SCLK引脚袁在SCLK时钟发生跳变时袁数据通过SDO引脚一位一位输出袁若始终不发生跳变袁数据不传输袁AD转换原理如图1所示遥

图1AD芯片采集电路原理设计

2.2.3通AD过寄存器配软件配置置

不同的片内寄存器袁完成对通道状态尧采样速率袁采样精度尧滤波器选择的配置遥对主要寄存器配置方式具体如下渊1冤ADC院

模式寄存器

ADC配置通信寄存器位0X01袁选择ADC模式寄存器遥渊寄2冤存速器率值寄0x800C存器

遥

配置配置通信寄存器位0X28袁选择速率寄存器遥配置速率寄存3器系统软件值0x0D07袁配置设计与速率为实10K现袁选用Sinc5+Sinc1滤波器遥航姿系统软件设计分为对准和组合导航两部分功能遥对准时间30s袁对准期间袁DSP每10ms采集陀螺和加速度计信息袁并将采集的信息进行累加袁当对准时间完成袁计算平均加速度和角速率信息袁利用加速度计信息估算初始姿态袁同时接收外部磁传感器发送的磁航向袁建立初始姿态阵遥

对准状态完成后袁产品进入组合导航状态袁每10ms主要完成以渊1下功能冤计算速袁主要度增完量成和以姿下功能态增量院

遥将机体系比力通过姿态补偿后转换到导航系袁同时去除有害加速度的值袁得到速度增量遥将机体系陀螺角速率wib变换到导航系袁得到姿态增量袁构造旋转渊2冤速矢度量计袁更算新遥将四求元取数的速值袁解算度增姿量态值角袁每遥

一拍进行累加袁即可得到最渊3冤位新的速置计算度遥值通遥

过对东向尧北向和天向速度的累加解算经纬度渊4和高冤卡尔度曼遥

滤波修正遥建立状态方程和量测方程之后袁量测信息采用产品解算的经纬度和GPS经纬度的差值袁通过卡尔曼滤波渊5冤完计成算对出姿姿态态和航误差向修误正差量的遥

修正计算遥通过卡尔曼滤波

2019年8月计算的姿态修正量完成对姿态矩阵Cbn的修正袁重新计算姿态角4和航系统验向角袁完证成修正遥

为了验证AD7175-8芯片采样电路性能袁系统进行动态跑车试验验证袁产品对准完成后袁进行GPS卫星组合导航工作方式遥跑车环境为时速在100-120km/h袁时长近1h袁非闭合跑车路线遥俯仰尧横滚和航向误差曲线分别如图2所示袁并对数据进行分析计算得到姿态精度渊RMS冤院俯仰0.15毅袁横滚0.18毅袁航向精度渊RMS冤院0.31毅遥远远满足系统姿态角臆0.5渊RMS冤尧航向角臆1渊RMS冤的精度要求遥

图2误差曲线

5结语及意本文完成了义基于AD7175-8芯片对传感器信号进行采集量化的系统设计袁并进行了捷联解算的硬件平台及软件设计遥最后通过跑车试验验证了系统精度袁结果满足高精度要求遥同时袁该系统具有小型化特点袁满足低成本航姿的应用需要遥

[1]姿杜继永袁黄国荣袁张凤鸣袁刘参考文献

华伟.基于低成本[2]系术罗统与传琴设计感袁赵袁器忠传袁2012华感技术.基渊11于冤定学.

点报袁DSP2010的航渊11冤姿.

MEMS器件的捷联航数据采集与处理系统.仪表技收稿日期：2019-6-21作者简介：李阳渊1987-冤袁男袁汉族袁陕西汉中人袁工程师袁硕士研究生袁主要从事惯性导航软件尧硬件设计与开发工作遥