CRSl0陀螺仪及其在角速率与转角测量中的应用

摘要：针对在转向控制过程中，需要得到运动对象运动的角速率与转角，设计了基于LMS8962 ARM微处理器与CRSl0高精度数字式陀螺仪的角速率与转角测量系统，描述了CRSl0的功能特点及使用方法，阐述了系统设计的原理，并给出了系统设计的硬件电路和软件设计流程。最后将其与Crossbow Technology公司的高精度IMUAHRS500GA-226航向参考系统测得的结果进行对比分析。实验结果为：角速率测量误差平均为0.55 0(°)／s，转角测量误差还比较大。平均误差为2．5°。测量精度有待进一步提高。
关键词：CRSl0；角速度测量；转角测量；LMS8962

微机电传感器(MEMS)惯性传感器在近几年来高速发展并得到了广泛的应用。微惯性传感器作为一种重要的MEMS，由微型陀螺仪、微型加速度计、专用集成电路(ASIC)、嵌入式微处理器及相应的软件组成，输出可以包含角速度、加速度、姿态等多种信息，并且其体积小、集成度高、使用方便，在军民等领域都得到广泛应用。
CRSl0是Silicon SENSING公司的一款高精度的MEMS单轴陀螺仪，它是数字式输出，输出传感器运动过程的角速度和传感器工作的环境温度。
在转角测量方面，传统的方法是使用角度传感器，测量起始时间的角度值，然后相比较得到转过的角度。在此，根据运动学原理，应用CRSl0陀螺仪，设计了一个角速度和转角测量系统，系统配置有数据输出接口和液晶显示界面。

1 CRS10功能介绍及使用
CRSl0是一款高精度的数字角速率陀螺仪，集成度高，较宽的工作温度(-40～80℃)，高带宽和宽泛的频率范围，极低的角速率随机漂移，标准5 V电压供电，SPI数据输出和模拟端口输出2种输出方式满足各种应用不同需求。在CRSl0的默认配置是为75 Hz带宽，±375(°)／s角速率测量访问。用户可根据需要，设置其角速率测量范围和带宽。例如可设置±75(°)／s的测量范围，也可设置带宽5、10、25、40、50、60和100 Hz。
CRSl0采用23 mmxl7 mmxl0 mm封装。无论是垂直或可用水平支架可表面安装在PCB上。其体积小，集成度高，易于安装。可广泛应用于汽车偏航率测定、制导和控制、平台稳定、图像稳定、惯性测量装置、机器人和导航等领域。
1．1 CRSl0功能介绍
图1(a)和图l(b)分别是CRSl0的实物图和功能框图。由图l(b)可知，在CRSl0中，MEMS陀螺仪先感知外界信号，并将信号输出给数据采集专用集成电路，数据采集电路将处理后的信号输出给微控制器。微控制器将得到的数据结果存入输出寄存器。通过SPI总线，外部SPI主控器
件向CRSl0发送控制指令或者读取。CRSl0内部设置有控制寄存器，寄存器都有默认的值，通过对控制寄存器的修改写操作，可以改变角速率测量范围频率和输出带宽等方面的控制效果。

CRSl0测量的是平行于PCB平面的角速率。CLK_N，SPI_IN，SPI_OUT和引脚是传感器的SPI接口，引脚是传感器的复位引脚。A-NL_OUT是角速率的模拟输出端口。
CRSl0的数字输出部分还包含其工作环境的温度值。假如在无偿条件下，陀螺仪性能不佳，那么可通过使用这个温度进行建模和补偿。