引言

　　在慣性系統(tǒng)的應用中，不僅要求數(shù)學模型準確可靠，而且普通的微控制器由于處理速度限制，而很難處理如此大的數(shù)據(jù)量，采用高性能DSP無疑增加了成本。為此，設計了以LM3S8962為核心處理器，以ADIS16365為慣性傳感器的慣性系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用ADIS16365自身的數(shù)據(jù)處理功能對三軸角速度和角加速度數(shù)據(jù)進行處理。在外部再經(jīng)過濾波與積分，得到了精確的角度信號，滿足了系統(tǒng)的可靠性和。控制要求。此外，面對系統(tǒng)對慣性數(shù)據(jù)需求量的增多，將該慣性系統(tǒng)設計為一個CAN節(jié)點應用于整個系統(tǒng)。

　　1 ADIS16365概述

　　ADIS16365是ADI公司于2008年9月推出的一款全新的數(shù)字輸出的高性能微慣性測量系統(tǒng)。這款傳感器結合了ADI公司的iMEMS和混合信號處理技術，提供校準的數(shù)字慣性檢測。系統(tǒng)除分別提供3個軸方向上的角速度、角加速度以外，還包括自動偏置校準、數(shù)字濾波與采樣速率、自檢、電源管理、條件監(jiān)控、模數(shù)轉換，以及輔助數(shù)字輸入／輸出，這些功能都通過快速的數(shù)據(jù)訪問接口（SPI）與MCU進行交互，提供方便的數(shù)據(jù)和配置控制。ADIS16365的一些性能參數(shù)如下：角度分辨率為±80（°）／s；典型帶寬為0.33 kHz；線性加速度補償因子為0.05（°）／s／g；運動偏移穩(wěn)定性為0.009（°）／s。

　　2 慣性測量系統(tǒng)硬件設計

　　2.1 總體設計

　　該系統(tǒng)硬件主要包括ADIS16365，CTM8251，LM3S8962。系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。

　　LM3S8962是TI公司一款用于工業(yè)控制的32位高速控制器，內(nèi)部集成了工業(yè)控制用到的各種常用協(xié)議，其中CAN模塊支持CAN 2.0B協(xié)議，位速率高達1 Mb／s，具有可編程FIFO模式，使實時應用成為可能。此外，其內(nèi)部擁有256 KB的單周期FLASH，可用于數(shù)據(jù)存儲，方便外部讀取。CTM8251是一款帶隔離的通用CAN收發(fā)器模塊，該模塊內(nèi)部集成了所有必須的CAN隔離及CAN收、發(fā)器件。模塊的主要功能是將CAN控制器的邏輯電平轉換為CAN總線的差分電平并且具有DC 2 500 V的隔離功能。

2.2 硬件電路設計

　　陀螺儀硬件電路原理圖如圖2所示，選用LM3S8962自帶的SPI硬件接口對ADIS16365進行操作，在電路設計中只需要直接將LM3S8962的SPI硬件I／O接口與ADIS16365相應的接口連接起來。

　　CAN接口原理圖如圖3所示，LM3S8962對應的CAN接口分別為PD0和PD1，將其與CTM8251進行電氣連接，通過對CTM8251進行相應的電路配置，并且在信號輸出端做好相應的屏蔽工作以防止噪聲干擾傳輸和靜電帶來的不安全因素，最后將CTM8251輸出的高、低端分別與器件相應引腳連接。

3 慣性測量系統(tǒng)軟件設計

　　3.1 總體設計

　　微控制器直接控制慣性傳感器的工作狀態(tài)并采集角速度、角加速度等信息，為了達到處理的實時性，當ADIS16365有數(shù)據(jù)需要發(fā)送時，中斷通知微控制器進行讀取。微控制器將采集到的數(shù)據(jù)進行積分及濾波處理，并將處理后的信息存儲在片內(nèi)FLASH中。當微控制器接收到數(shù)據(jù)請求時，通過CAN總線發(fā)送數(shù)據(jù)。圖4為系統(tǒng)主流程圖。

　　3.2 數(shù)據(jù)采集設計

　　微控制器通過SPI模式3與慣性傳感器通信，在時鐘下降沿時建立數(shù)據(jù)，上升沿時讀取數(shù)據(jù)。圖5為通信時序圖。