基于DSP的MEMS陀螺信号处理平台设计

【作者】 王勇；

【导师】 马建仓；

【作者基本信息】 西北工业大学 ， 信号与信息处理， 2007， 硕士

【摘要】 近年来，基于MEMS（微机电系统）技术的微惯性传感器的研究与发展受到了广泛的重视。微硅陀螺具有体积小、重量轻、可靠性高、易于系统集成等优点，所以它在汽车工业、航空航天以及机器人等领域具有广阔的应用价值和前景。目前MEMS陀螺的精度还不是很高，除改进设计和制造方法提高其精度外，对MEMS陀螺信号进行采集和处理提高其精度也是有效的技术途径。但是传统的采集系统在软件上采用单任务顺序结构，实时性差，难以满足陀螺实时信号处理的要求。本文为了降低MEMS陀螺的噪声，改善非线性性能，提高其精度，研制出了采用TI公司新一代的数字信号处理器TMS320F2812和DSP／BIOS实时操作系统的MEMS陀螺信号实时采集与处理系统。在DSP／BIOS多任务机制下实现数据采集、提升小波信号降噪和补偿算法实时处理、传输的并行化。实验验证处理后的某型MEMS陀螺信号噪声由0.05°／s／Hz^1/2降低到约0.01°／s／Hz^1/2，算法的处理时间约为7.6ms，基本达到实时处理的性能指标。所研制的系统在MEMS陀螺数据采集和处理领域具有一定的应用价值。 首先，详细介绍了TMS320F2812的主要特点，并以该DSP为核心芯片，分析和设计了数据采集处理系统的外围接口电路，重点介绍了信号调理电路，A／D与D／A接口电路的原理及接口实现方法，给出了本系统完整的硬件实现方案。 其次，详细阐述了利用TI公司的DSP集成开发环境CCS和DSP／BIOS准实时操作系统开发多任务系统软件的具体方案。本文引入DSP／BIOS实时操作系统提供的多任务机制，将采集处理按照功能划分为三个相对独立的任务，这些任务在DSP／BIOS的调度下，按照用户指定的优先级并行运行，大大提高了系统的工作效率。还详细介绍了ADS8341与DAC8574两款比较新的A／D和D／A转换器与DSP的接口程序设计，对于在其他型号处理器上的应用具有一定的参考价值。 最后，在介绍小波经典理论与提升理论的基础上，研究了Daubechies4小波的提升实现，并与平移不变小波（TI）阈值降噪算法相结合，提出了适合于MEMS陀螺降噪的实时小波降噪算法。采用该MEMS陀螺降噪算法与采用经典小波变换的降噪算法相比，计算方法更简单有效，具有一定的工程应用价值。更多还原

【Abstract】 In recent years, the research and development of micro-inertial sensors based on MEMS technology has received wide attention. Micro silicon gyro is characterized by such advantages as small size, light weight, high reliability, and convienience of integration, etc., so it has great application value and prosepects in the automobile industry, aerospace and robotics. However, at present stage, the accuracy of MEMS gyroscope is not very high. Besides improving the design and production process, enhancing the signal acquisition and processing technology of the MEMS gyroscope is also an effective way to raise the accuracy. Nevertheless, traditional data acquisition systems use single task order software, and are low in synchronicity, so they cannot meet the requirements of real-time signal processing. In order to reduce the noise of MEMS gyroscope, to improve its nonlinear performance, and increase its accuracy, this paper presents a new design, which applies TMS320F2812 digital signal processor and RTOS DSP/BIOS for real-time signal acquisition and processing system. Under the DSP/BIOS multi-task mechanism, signal acquisition, signal noise reduction, temperature compensation, nonlinear the compensation can be realized. The system has the advantage of shorter processing time. It is simple and effective, can significantly lower the noise of gyroscope.We can use it to meet the requirements of the gyroscope.更多还原