專利名稱：一種消除mems陀螺零漂的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微機(jī)械傳感器領(lǐng)域，涉及一種MEMS陀螺零點(diǎn)校準(zhǔn)方法，尤其涉及一種消除MEMS陀螺零漂、溫漂、隨機(jī)游走的方法。
背景技術(shù)：
MEMS陀螺儀的結(jié)構(gòu)大幅減小，單封裝數(shù)字和模擬接口占板面積極小，只有幾平方毫米。MEMS陀螺和傳統(tǒng)的陀螺相比最大的優(yōu)勢就是體積小，并且價格優(yōu)勢明顯，這些優(yōu)勢促使MEMS陀螺滲透到手持式設(shè)備市場。MEMS陀螺讓便攜式設(shè)備加入許多令人驚喜的功能，例如提高相機(jī)拍攝性能的穩(wěn)像功能，易用的用戶界面以及游戲娛樂功能等。同時，MEMS陀螺還將用于需要高靈敏度、低噪聲、低漂移(因長時間使用而發(fā)生的測量偏差或受到環(huán)境溫度影響產(chǎn)生的偏差)的航位推測和GPS輔助導(dǎo)航。MEMS陀螺與其他類型陀螺相比具有許多優(yōu)勢，但其自身也有一些缺點(diǎn)，給其應(yīng)用帶來了一些限制。由于MEMS陀螺特殊的微機(jī)械結(jié)構(gòu)，其工作主要受諧振頻率的影響，而陀螺儀材料的彈性模量以及陀螺的外圍電路的性能都會隨溫度變化而變化。MEMS陀螺最大的缺點(diǎn)就是陀螺本身的隨機(jī)游走，以及容易受到溫度等外界環(huán)境因數(shù)的影響。在保證測量精度的條件下，如何克服陀螺的隨機(jī)游走和零點(diǎn)漂移就變得至關(guān)重要。現(xiàn)在普遍的做法是通過實(shí)驗(yàn)的方法找到陀螺的輸出值和角速度以及誤差之間的準(zhǔn)確關(guān)系，然后再利用此關(guān)系去修正陀螺的輸入角速度。例如一種微機(jī)械陀螺儀誤差的高精度補(bǔ)償方法(理論與方法，2012,31 (8):18-20.)中利用allan方差辨識陀螺儀的噪聲系數(shù)，根據(jù)微陀螺儀的誤差模型設(shè)計了卡爾曼濾波器進(jìn)行動態(tài)仿真。此方法需用涉及到矩陣的計算，不利于單片機(jī)等微處理器處理，而且陀螺的輸出值還伴有零均值高斯白噪聲。同時此類方法求導(dǎo)出的關(guān)系式是精確的，需要確定每個參數(shù)的值，外部環(huán)境隨時都會變化，任意一個參數(shù)的變化都會對陀螺的輸出值產(chǎn)生影響，實(shí)時適應(yīng)性比較差。

本發(fā)明針對MEMS陀螺特點(diǎn)并結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用要求，設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了一種實(shí)時消除MEMS陀螺零漂的方法。該方法具有設(shè)計簡單、運(yùn)算量小、便于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。此方法可以有效的抑制MEMS陀螺在零點(diǎn)附近的漂移，在滿足一定精度的情況下，對于應(yīng)用帶來很大的簡便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種消除MEMS陀螺零漂的方法，通過將陀螺的零點(diǎn)進(jìn)行長時間的均值濾波，使陀螺在沒有外加角速度輸入時，陀螺的角速度直接輸出零值。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種消除MEMS陀螺零漂的方法，具體步驟如下:I)獲得初始陀螺的零點(diǎn)值zero:A、進(jìn)行采樣，記錄陀螺靜止時的輸出信號，經(jīng)單片機(jī)AD轉(zhuǎn)換后得到陀螺的零點(diǎn)值
數(shù)字量；
B、將其通過濾波器，對其進(jìn)行長度為N的管道濾波以降低采樣的噪聲，獲得陀螺的輸出值，對陀螺的輸出值進(jìn)行x*y次平均，得到初始陀螺的零點(diǎn)值zero。上述N的取值范圍為20-200，X取值范圍為80-120，y取值范圍為80-120。2)在初始陀螺的零點(diǎn)值zero附近設(shè)置一個容限范圍土allowance，確定陀螺的當(dāng)前輸出值和初始陀螺的零點(diǎn)值zero的差值diff是否超過土allowance:如果陀螺的當(dāng)前輸出值和初始陀螺的零點(diǎn)值zero的差值diff沒有超過這個容限范圍，則此時判斷陀螺的狀態(tài)為靜止，同時陀螺的當(dāng)前輸出值將參與陀螺的零點(diǎn)的解算；如果diff超出容限范圍則認(rèn)為外界有輸入，則將該值作為陀螺的角速度值正常輸出并且不參與零點(diǎn)的解算。陀螺的零點(diǎn)的解算方法如下:a、將陀螺的當(dāng)前輸出值送入數(shù)組ZER0[x]；b、判斷數(shù)組ZER0[x]是否被填滿，若數(shù)組ZER0[x]被填滿，確定數(shù)組ZER0[x]的平
均值，再將ZER0[x]的平均值帶入數(shù)組ZER0[y]，
權(quán)利要求
1.一種消除MEMS陀螺零漂的方法，其特征在于，步驟如下: O獲得初始陀螺的零點(diǎn)值zero ； 2)在初始陀螺的零點(diǎn)值zero附近設(shè)置一個容限范圍為土allowance，確定陀螺的當(dāng)前輸出值和初始陀螺的零點(diǎn)值zero的差值diff是否超過土allowance: 如果陀螺的當(dāng)前輸出值和初始陀螺的零點(diǎn)值zero的差值diff沒有超過這個容限范圍，則此時判斷陀螺的狀態(tài)為靜止，同時陀螺的當(dāng)前輸出值將參與陀螺的零點(diǎn)的解算；如果diff超出容限范圍則認(rèn)為外界有輸入，則將該值作為陀螺的角速度值正常輸出并且不參與零點(diǎn)的解算。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除MEMS陀螺零漂的方法，其特征在于:容限范圍如下表所示:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除MEMS陀螺零漂的方法，其特征在于:步驟I)中，獲得初始陀螺的零點(diǎn)值zero方法如下: A、進(jìn)行采樣，記錄陀螺靜止時的輸出信號，經(jīng)單片機(jī)AD轉(zhuǎn)換后得到陀螺的零點(diǎn)值數(shù)字量; B、將其通過濾波器，對其進(jìn)行長度為N的管道濾波以降低采樣的噪聲，獲得陀螺的輸出值，對陀螺的輸出值進(jìn)行x*y次平均，得到初始陀螺的零點(diǎn)值zero。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的消除MEMS陀螺零漂的方法，其特征在于:N的取值范圍為20-200，X取值范圍為80-120，y取值范圍為80-120。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除MEMS陀螺零漂的方法，其特征在于:步驟2)中，陀螺的零點(diǎn)的解算方法如下: a、將陀螺的當(dāng)前輸出值送入數(shù)組ZER0[x]； b、判斷數(shù)組ZER0[x]是否被填滿，若數(shù)組ZER0[x]被填滿，確定數(shù)組ZER0[x]的平均值，再將ZER0[x]的平均值帶入數(shù)組ZER0[y]，
全文摘要
本發(fā)明公開了一種消除MEMS陀螺零漂的方法，步驟如下1)獲得初始陀螺的零點(diǎn)值zero；2)在初始陀螺的零點(diǎn)值zero附近設(shè)置一個容限范圍±allowance，確定陀螺的當(dāng)前輸出值和初始陀螺的零點(diǎn)值zero的差值diff是否超過±allowance如果陀螺的當(dāng)前輸出值和初始陀螺的零點(diǎn)值zero的差值diff沒有超過這個容限范圍，則此時判斷陀螺的狀態(tài)為靜止，同時陀螺的當(dāng)前輸出值將參與陀螺的零點(diǎn)的解算；如果diff超出容限范圍則認(rèn)為外界有輸入，則將該值作為陀螺的角速度值正常輸出并且不參與零點(diǎn)的解算。本方法有效的克服了MEMS陀螺的零漂和溫漂，不需要精確和復(fù)雜的誤差補(bǔ)償算法，可以實(shí)時的跟蹤陀螺的零點(diǎn)變化。
文檔編號G01C25/00GK103217176SQ201310168948
公開日2013年7月24日 申請日期2013年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月6日
發(fā)明者張仲寧, 王勝, 朱雷雷, 林國余 申請人:南京智真電子科技有限公司