一种基于三轴加速度传感器的倾角测量装置.pdf

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1、2013焦仪表技术与传感器2013第8期InstrumentTechniqueandSensorNo．8一种基于三轴加速度传感器的倾角测量装置李智，汪地，杨浩，张红奎，陈燕军(上海大学，上海市机械自动化及机器人重点实验室，上海200072)摘要：介绍了一种高精度倾角测量装置，该装置使用ADXL335三轴加速度传感器获取姿态信息，经ARM7微处理器计算处理后得到倾角数据并显示在1602液晶屏上。实验验证和比较使用不同计算方法所得结果，分析了造成误差的主要原因，最终采用插值补偿的方法对测量结果进行补偿，使倾斜角测量的绝对误差不大

2、于-4-0．2。。关键词：三轴加速度计；倾斜角；插值补偿中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1002—1841(2013)08—0030一o3High—precisionAngleMeasuringDeviceBasedonTriaxialAccelerometerLIZhi，WANGDi，YANGHao，ZHANGHong—kui，CHENYan-jun(ShanghaiUniversity，ShanghaiKeyLaboratoryofMechanicalAutomationandRobotics，Shangh

3、ai200072，China)Abstract：Ahigh·precision~nglemeasuringdevicewasintroduced．ThedeviceconsistedoftriaxialaecelerometerADXL335usedforacquiringattitudeinformationandmicroprocessorARM7usedforcalculation．Thentheresultwasdisplayedon1602LCD．Theresultobtainedusingdiferentalgo

4、rithmsthroughtheexperimentwascomparedandanalyzed．Interpolationcompensationmeth—odwasusedtocompensatetheerrorofresults．Finally，theexperimentalresultsshowthatthesystem’Sell'Orsofmeasurementis±0．2。．Keywords：triaxialaccelerometer；tiltangle；interpolationcompensation0引言=

5、一幽‘在空间飞行器的惯性测量系统、车辆船舶的倾斜测量、机器人的平衡姿态检测、肢体姿态检测等许多方面都需要测量物体的倾斜角。采用MEMS加速度传感器来测量倾斜角角度，具有体积小、质量轻、成本低、不影响被测物体的机械机构的特点。目前已有研究将其应用在飞行器的电子罗盘，水平平台g的静态自校正以及肢体运动姿态检测等实际场合。但在全量程范围内测量精度不高的问题较突出。文中使用ADXL335三轴加速度传感器获取姿态信息，经图1倾斜角测量原理图示ARM7微处理器计算处理后得到倾角数据并显示在1602液晶所以当倾斜角0太小时，测量的分辨率就

6、会很低，当角度屏上，并在此平台上通过实验验证和比较倾斜角的测量原理中足够大时精度才会上升。通过文献[2]中的实验可知，使用该不同的算法的结果，分析了每种算法中造成误差的主要原因，原理测量倾斜角，在±45。范围内的测量效果较好。采用分段插值的方法对测量结果进行补偿，从而进一步提高其对于两轴加速度传感器，令2个传感方向、y皆垂直于重在全量程范围内的测量精度。1倾角测量原理力加速度方向，当两轴倾斜角、变化时，加速度传感器测量对于单轴加速度传感器，当它的传感方向和重力加速度方结果为向～致时，假设此时为零倾斜角度，设加速度传感器测量结

7、果F()=gsinO~(4)为F()，0为倾斜角度，g为重力加速度，如图1所示。F(Or)=gsin0,(5)则有：由参考文献[4]中给出的推导可得：F(0)=gcos0(1)cosO=~／eo820～xsin2口=JCOS0y—sin20(6)对F(0)求导得：所以只要得出两轴加速度传感器测量结果F()和F(0)=(2)就可以计算出0和，进而知道总的倾斜角度。当0或0越接近4-90。时，分辨率越低。只有在倾斜角度接近0。时分辨率当加时：最高。利用两轴加速度传感器的这种测量方法可以实现全方位倾斜角测量。基金项目：上海市重点实

8、验室自主课题资助项目(ZZIO01)收稿日期：2012—08—27收修改稿日期：2013—03—05为实现高精度全摆幅倾斜测量，把两轴加速度传感器垂直