基于ARM的惯性敏感器嵌入式信号处理系统设计

发布时间：2021-06-25 14:21

　　为满足精确制导武器通用惯性导航系统应用需求,设计了一种基于ARM嵌入式平台的惯性导航信号处理系统,实现了光纤陀螺和石英加速度计信号的同步采集与实时处理,完成了系统方案设计、功能划分与实现。经实验验证,采用的加速度计信号AD转换电路不仅有效解决了IF转换电路的输入范围与性能指标互为矛盾的问题,且设计简单、易于实现。系统符合设计需求,具有小型化、低成本、通用性强的特点。 

【文章来源】：弹箭与制导学报. 2020,40(05)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

系统总体结构框图

加速度计直接输出为电流信号,AD芯片的输入为电压信号,故需先对加速度计输出信号经过电流电压转换。在电流电压转换电路中选用的是具有高共模抑制比、低漂移、轨对轨、低噪声的 LTC2053运算放大器。三路加速度计的输出信号分别通过图2所示的电路图实现电流电压转换。经过电流电压转换后得到的是单端的电压信号,需要设计一个单端转差分的低噪声模拟信号调理电路。选择全差分运算放大器THS4521来实现单端转差分信号,用运算放大器和 RC 构成的低通滤波器对输入信号进行调理,同时将单端信号转换为差分信号供AD 芯片采集。电路设计简单,且可有效抑制高频噪声,抗干扰能力强。电路设计如图3所示。

加速度计信号采集电路的核心是AD转换器,本设计中选用的是美国 TI 公司具有四通道24 bit分辨率的Δ-Σ 型模数转换器ADS1274[6]。ADS1274的采样速率高,可高达144 ksps,无噪声精度能够达到24 bit,非线性度最大为±0.001 2%,内部集成了多种滤波器,同时ADS1274的配置操作十分简单。ADS1274芯片的内部参考电压为2.5 V,该电压的稳定性直接影响数字信号转换的精度,故采用高精度电压基准芯片REF5025提供参考基准电压。ADS1274通过SPI接口[7]实现与ARM的信息交互,其SPI主要引脚包括SCLK、SYNC、DRDY及DOUT,实现对ADC的控制及数据读取。

【参考文献】：
期刊论文
[1]反坦克弹光纤惯导嵌入式信号采集系统设计与实现[J]. 刘琴,杨鹏翔,阮娟,马悦飞.  计算机测量与控制. 2018(11)
[2]一种基于双DSP的高精度AD采集系统[J]. 缑丽敏.  微型机与应用. 2017(08)
[3]基于STM32的多惯性测量单元数据采集系统设计[J]. 彭飞,杨傲雷.  仪表技术. 2016(07)
[4]基于ADS1278的高精度信号采集系统[J]. 高旭旭,陈富强.  电子技术. 2015(08)
[5]基于ARM+FPGA的高精度数据采集系统设计[J]. 张淑梅.  国外电子测量技术. 2014(11)
[6]加速度计I/F变换电路数字补偿方法[J]. 黄丽娟,邵志浩,郑永强,李丽.  中国惯性技术学报. 2014(04)
[7]捷联惯导系统中加速度计的信号采集[J]. 周璐,刘晴晴,谭新洪.  航天控制. 2014(02)
[8]基于ARM和FPGA的低成本组合导航系统的设计[J]. 邹江,杨洁,熬帮乾.  计算机测量与控制. 2013(06)

硕士论文
[1]基于DSP和FPGA的导航计算机系统设计[D]. 徐小淇.哈尔滨工业大学 2016



本文编号：3249366