【摘要】：MEMS數(shù)字加速度計(jì)的研究主要包括模擬MEMS加速度計(jì)、加速度信號數(shù)字化及數(shù)字加速度計(jì)測試等內(nèi)容。數(shù)字加速度計(jì)測試系統(tǒng)用于分析加速度信號的各類參數(shù),貫穿于MEMS數(shù)字加速度計(jì)研究中的研發(fā)、試制及成品檢測等研發(fā)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。針對MEMS加速度計(jì)數(shù)字化技術(shù)的要求,本文研究MEMS數(shù)字加速度計(jì)測試技術(shù)的集約化、智能化和實(shí)時化,并結(jié)合新型MEMS加速度信號計(jì)的復(fù)雜性特征,對測試系統(tǒng)技術(shù)及加速度信號分析算法展開研究,以滿足MEMS數(shù)字加速度計(jì)研發(fā)過程中對貫穿整個過程的測試要求。MEMS數(shù)字加速度計(jì)測試系統(tǒng)主要由上位計(jì)算機(jī)、嵌入式測試硬件平臺和軟件算法等部分構(gòu)成。其中上位計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)模型數(shù)據(jù)發(fā)生、測試數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)顯示等功能。嵌入式測試硬件平臺實(shí)現(xiàn)通信、參數(shù)配置、數(shù)據(jù)顯示和存儲等功能。軟件算法部分實(shí)現(xiàn)整個MEMS數(shù)字加速度計(jì)測試系統(tǒng)中的數(shù)字信號處理算法、顯示存儲和自檢等。論文研究工作主要包括根據(jù)算法模擬三軸數(shù)字加速度計(jì)信號的產(chǎn)生、數(shù)字信號處理算法的設(shè)計(jì)、軟硬件研制以及系統(tǒng)調(diào)試。首先建立數(shù)字加速度誤差數(shù)據(jù)模型,基于數(shù)字加速度計(jì)的誤差模型,有三種靜態(tài)測試數(shù)字加速度計(jì)的方法用來計(jì)算分析MEMS數(shù)字加速度計(jì)的性能參數(shù),分別為靜態(tài)六位置法、靜態(tài)橢球擬合法和的方法。通過模擬的三軸數(shù)字加速度信號進(jìn)行軟件仿真,通過對三種方法實(shí)驗(yàn)條件和軟件仿真結(jié)果進(jìn)行分析,得到分別適用于下位機(jī)和上位機(jī)的測試方法。測試板通過IIC通信協(xié)議與數(shù)字加速度計(jì)通信,在此過程中,為了確保所接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,需要完成硬件IIC通信自檢,并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收、實(shí)時顯示和存儲。為了保證整個系統(tǒng)能夠正常工作,首先需要對測試板的各個模塊進(jìn)行功能自檢,包括數(shù)據(jù)存儲功能自檢和與上位機(jī)通過串口通信自檢。另外通過上位機(jī)編寫算法程序來對接收的三軸數(shù)字加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行分離、實(shí)時顯示、存儲和計(jì)算分析MEMS數(shù)字加速度計(jì)的性能指標(biāo):包括零漂和比例因子,并對其進(jìn)行實(shí)時顯示和存儲。為確保所檢測到的數(shù)字加速度計(jì)性能指標(biāo)的準(zhǔn)確性,需要完成系統(tǒng)軟、硬件的調(diào)試,該過程通過算法模擬三軸數(shù)字加速度計(jì)信號來驗(yàn)證完成。在進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)的過程中,使用MPU6050模塊作為測試的數(shù)字加速度計(jì)模塊,該模塊支持IIC通信,通過IIC通信總線讀取該模塊中寄存器中的三軸數(shù)字加速度數(shù)據(jù),測試板和上位機(jī)對讀取的三軸數(shù)字加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、顯示和分析處理。并對結(jié)果進(jìn)行對比分析。完成整體軟硬件調(diào)試后,建立嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行最后的封裝。論文研究涉及微電子技術(shù)、MEMS技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)、嵌入式技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)測試等技術(shù)。
【圖文】：

自從國內(nèi)數(shù)字加速度計(jì)發(fā)展以來， MEMS 數(shù)字加速度計(jì)測試系統(tǒng)得以發(fā)展和迅推廣。根據(jù) MEMS 數(shù)字加速度計(jì)的不同，衍生出許多不同的測量方法，主要分為軸轉(zhuǎn)臺標(biāo)定法和無三軸轉(zhuǎn)臺標(biāo)定法，本論文主要基于 MEMS 數(shù)字加速度計(jì)的無轉(zhuǎn)標(biāo)定法研究。對基于 MEMS 數(shù)字加速度計(jì)誤差模型，衍生出的靜態(tài)六位置測量模、擬合橢球測量模型和靜態(tài)矩陣測量模型分別進(jìn)行分析研究。確定分別適用于下位和上位機(jī)的測量模型，通過算法分析得到 MEMS 數(shù)字加速度計(jì)的零漂和比例因子參數(shù)。.1 數(shù)字加速度計(jì)原理在慣性導(dǎo)航及慣性制導(dǎo)中，加速度計(jì)的種類結(jié)構(gòu)和原理各種各樣，按照加速度計(jì)工作原理可以分為壓電式、電容式和壓阻式。在本論文研究的 MEMS 數(shù)字加速度測試系統(tǒng)中采用 MPU6050 模塊，MPU6050 模塊獲得三軸數(shù)字加速度數(shù)據(jù)的步驟如 2.1 所示：

2-4 所示：oa g a （求得加速度后，可以根據(jù)速度與加速度的值求出物體在慣性場中的速度v 以位移s ，如式 2-5 和 2-6 所示：212 1tt t t ttv v atd （22 11tt t t tts s vtd （其中t1v 為物體在 t1 時刻的速度，t2v 為物體在 t2 時刻的速度，t1s ，t2s 為物時刻的位移，ta ，tv 為物體在 t 時刻的加速度和速度值，由上式可以知道在慣性導(dǎo)航和慣性制中通過加速度的值可以得到物體的速度和位移，所以數(shù)字在現(xiàn)在的軍事和汽車導(dǎo)航等領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。設(shè)物體在慣性場中的加速度為a ，，則將加速度在 X,Y,Z 三個方向上進(jìn)行加速，當(dāng)物體在慣性場中處于靜態(tài)狀態(tài)時，有如下圖 2.2 所示加速度的分解：
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH824.4

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本文編號：2610568