【正文】 還可以通過一些更好的濾波方式進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波，已得到更精確的姿態(tài)角數(shù)據(jù)。 農(nóng)業(yè)機(jī)械車輛的姿態(tài)角監(jiān)測設(shè)計 20 表 6 翻滾角實驗數(shù)據(jù) 參考數(shù)據(jù) 測量數(shù)據(jù) 絕對誤差 相對誤差 如表 7 偏航角實驗數(shù)據(jù)所示，測量的數(shù)據(jù)與參考數(shù)據(jù)絕對誤差較大，隨著偏轉(zhuǎn)角度越大，絕對誤差就變大，相對誤差同時變大。 如表 5 俯仰角實驗數(shù)據(jù)所示，測量數(shù)據(jù)與參考數(shù)據(jù)有一定的誤差。 圖 14 俯仰角 Pitch 濾波前后對比圖 如下圖 15 翻滾角 Rool濾波前后對比圖所示，為翻滾角數(shù)據(jù)繪圖，含有圓點的曲線是翻滾角還還沒經(jīng)過 kalman 濾波數(shù)據(jù)曲線，線寬粗的曲線為翻滾角 kalman 濾波后的數(shù)據(jù)曲線。 再次調(diào)試無線收發(fā)電路。 其次調(diào)試液晶顯示，方便觀看其他各項調(diào)試結(jié)果。還有 USB 電源供電電壓不足的問題，電源電壓經(jīng)過供電給負(fù)載，電壓下降 ，致使單片機(jī) 工作不正常的問題。 通電后檢查各器件引腳的電位，仔細(xì)測量各點電位是否正常，尤其應(yīng)注意單片機(jī)的插座上的各點電位，若有高壓，將有可能損壞單片機(jī)仿真器。 硬件調(diào)試 在沒通電之前，先用萬用表檢查線路的正確性，并核對元器件的型號、規(guī)格是否符合要求。 接收端程序流程如圖 13 所示。單片機(jī)控制引腳 CE為低，使 nRF24L01 進(jìn)入待機(jī)模式。 (13) 其中 Kg 為卡爾曼增益 (Kalman Gain)。 kalman濾波算法 卡爾曼濾波公式主要由下述幾部分組成。 四元數(shù)微分方程為： (2) 四元數(shù)微分方程 (馮智勇， 20xx)可以實現(xiàn)四元數(shù)的更新，其中，是陀螺儀測得的角速度。 連續(xù)輸出M個數(shù)值對M個數(shù)值進(jìn)行排序 選取中間的數(shù)值? ? 圖 11 中值濾波流程圖 農(nóng)業(yè)機(jī)械車輛的姿態(tài)角監(jiān)測設(shè)計 14 四元數(shù)算法 四元數(shù)是由愛爾蘭數(shù)學(xué)家哈密頓首先提出來的數(shù)學(xué)概念。對得出的歐拉角數(shù)據(jù)進(jìn)行 kalman 濾波。 ATmega16 單片機(jī)模塊 ATmega16 單片機(jī)模塊由 ATmega16 單片機(jī)最小系統(tǒng)組成，主要包括 ATmega16 單片機(jī)模塊、下載電路、復(fù)位電路和晶振電路。圖 8 中 SETP 接置位 /復(fù)位正一電容； Cl 接存儲電容； SETC 接電容； DRDY為數(shù)據(jù)連接與中斷引腳。最大輸出速率可達(dá) 160Hz，提供一 I2C 接口與主機(jī)通信。 VDD1GND2RESERVED3GND4GND5Vs6CS7INT18INT29NC10RESERVED11SDO/ALT ADDRESS12SDA/SDI/SDIO13SCL/SCLK14U2ADXL345GNDGND3V33V3C4GND3V3R2R3SCLSDAINT1INT2 圖 7 加速度計電路圖 表 4 ADXL345 各引腳功能 管腳 名稱 功能 1 VDD 電源電壓 5 GND 接地 3 保留 保留，該引腳必須連接到 Vs或保持?jǐn)嚅_ 6 Vs 電源電壓 7 CS 片選 8 INT1 中斷 1輸出 9 INT2 中斷 2輸出 10 NC 空 11 保留 保留 12 SDO/ALT ADDRESS SPI串行數(shù)據(jù)輸出 /備用 I2C地址選擇 13 SDA/SDI/SDIO I2C串行數(shù)據(jù) /SPI4線串行數(shù)據(jù)輸入 /SPI3線串行數(shù)據(jù)輸入和輸出 14 SCL/SCLK I2C串行通信時鐘 /SPI串行通信時鐘 農(nóng)業(yè)機(jī)械車輛的姿態(tài)角監(jiān)測設(shè)計 11 ADXL345工作特點 本方案采用 I2C 串口通信進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取， ADXL345 支持標(biāo)準(zhǔn) (100 kHz)和快速 (400 kHz)的數(shù)據(jù)傳輸模式。 ADXL345 非常適合移動設(shè)備應(yīng)用，它可以在傾斜檢測應(yīng)用中測量靜態(tài)重力加速度，還可以測量運(yùn)動或沖擊導(dǎo)致的動態(tài)加速度?；顒雍头腔顒訖z測功能通過比較任意軸上的加速度與用戶設(shè)置的閾值來檢測有無運(yùn)動發(fā)生。 4g, 177。相反，如果 SDO 引腳連接到地 GND，則設(shè)備的地址 LSB 的值 1101000b。兩種通信方式下， L3G4200 均為從設(shè)備。250/177。 250dps 到177。 表 2 常用配置寄存器 地址（ H） 寄存器名稱 功能 00 CONFIG 設(shè)置 nRF24L01 工作模式 01 EN_AA 設(shè)置接收通道及自動應(yīng)答 02 EN_RXADDR 使能接收通道地址 03 SETUP_AW 設(shè)置地址寬度 04 SETUP_RETR 設(shè)置自動重發(fā)數(shù)據(jù)時間和次數(shù) 07 STATUS 狀態(tài)寄存器，用來判定工作狀態(tài) 0A~0F RX_ADDR_P0~P5 設(shè)置接收通道地址 10 TX_ADDR 設(shè)置接收節(jié)點地址 1116 RX_PW_P0~P5 設(shè)置接收通道的有效數(shù)據(jù)寬度 農(nóng)業(yè)機(jī)械車輛的姿態(tài)角監(jiān)測設(shè)計 8 供電電源 本系統(tǒng)中采用 直流電源對無線射頻模塊和 STM32F103VCT6 供電， 5V 電源經(jīng)AMS1117 芯片進(jìn)行轉(zhuǎn)換后得到穩(wěn)定的直流電源，其電源電路圖如圖 5 所示。 農(nóng)業(yè)機(jī)械車輛的姿態(tài)角監(jiān)測設(shè)計 7 1 23 45 67 8P5SPI1_MISOSPI1_MOSISPI1_NSSSPI1_SCKPC4PC5GND 3V3 圖 4 STM32F103VCT6 與無線模塊連接電路圖 nRF24L01 無線射頻模塊的各引腳功能描述如表 1 所示。通過配置寄存器可將 nRF241L01 配置為發(fā)射、接收、空閑及掉電四種工作模式。通信速度可以達(dá)到 2Mb/s。 SW 下 載接口電路為四個接口農(nóng)業(yè)機(jī)械車輛的姿態(tài)角監(jiān)測設(shè)計 5 電路，簡化電路設(shè)計，與 JTAG 接口一樣的有調(diào)試和下載程序的功能。 電 源 模 塊電 源 模 塊陀 螺 儀L 3 G 4 2 0 0加 速 度 計A D X L 3 4 5主 控 芯 片S T M 3 2 F 1 0 3 V C T 6無 線 發(fā) 送 模 塊n R F 2 4 L 0 1無 線 接 收 模 塊n R F 2 4 L 0 1主 控 芯 片A t m e g a 1 6顯 示 模 塊L C D 1 6 0 2 圖 1 系統(tǒng)方框圖 3 主要芯片介紹和系統(tǒng)模塊硬件設(shè)計 STM32F103VCT6 模塊 核心控制模塊由 STM32F103VCT6 最小系統(tǒng)組成，包括 STM32F103VCT晶振電路、時鐘電路和 SW 下載接口電路。顯示多點溫濕度信息需要多位，多位數(shù)碼管布線較多而且占板面積較大。 顯示模塊方案 方案一：選擇主控為 ST7920 驅(qū)動器的帶字庫的 LCD12864 來顯示信息。 MC5883 是霍尼韋爾的一種表面貼裝的帶有數(shù)字接口高集成模塊的弱磁傳感器芯片，采用霍尼韋爾各向異性磁阻 (AMR)技術(shù)，具有在軸向高靈敏度和線性高精度的特點，附帶霍尼韋爾專利的集成電路包括放大器、自動消磁驅(qū)動器、偏差校準(zhǔn)、能使羅盤精度控制在的 12 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及簡易的 I2C 系列總線接口。 L3G4200 為 ST 公司的三軸陀螺儀傳感器，可供用戶自主設(shè)定177。 16g，可以進(jìn)行高分辨率 (13 位 )測量。但是其體積較大，成本高，接口類型等原因使用不方便。 10g，傳感器帶寬達(dá) 350 Hz。 陀螺儀、加速度計傳感器方案 方案一：采用 ADIS16355 作為測量線加速度和角加速度的傳感器。但是此模塊價格較貴，且Zigbee 協(xié)議相對較為復(fù)雜。從性能和要求上綜合考慮我們選擇方案一，即用 STM32F103VCT6 作為本系統(tǒng)的主控芯片。同時集成了許多標(biāo)準(zhǔn)模塊，具有 1 路異步串行通信 USART 接口， 1 路串行設(shè)備接口 (SPI)， 2 個 8 位定時器， 1 個 16 位定時器， 3 個PWM 通道，一個實時時鐘 RTC， 8 個 8 通道 10 字節(jié)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)，一個模擬比較器，同時它還具有一個片內(nèi)系統(tǒng)時鐘、 JTAG 接口、 ISP 接口、自編程 SPM。 STM32F103VCT6 是一款基于ARMv7 M 體系結(jié)構(gòu)的 32 位標(biāo)準(zhǔn)處理器，工作頻率高達(dá) 72 MHz，具有 3 個通用定時器、 1 個高級控制定時器、 7 個獨(dú)立的 DMA 通道、 1 個 USB 接口、 3 個 USART 接口、2 個 SPI 接口和 2 個 I 2C 接口。為了能更好的農(nóng)業(yè)的 智能化，必須提高姿態(tài)角檢測的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，以更好的得到反饋信息進(jìn)行精確控制農(nóng)業(yè)機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。人均耕地水平不能滿足人民日常生活需要，所以，如何在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中增加糧食的產(chǎn)量和提高農(nóng)機(jī)作業(yè)效率成為當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的首要目標(biāo)，因此，農(nóng)業(yè)要實現(xiàn)現(xiàn)代化就一定要走大農(nóng)業(yè)和機(jī)械化、智能化道路。 關(guān)鍵字 ： 單片機(jī) 無線模塊 加速度計 陀螺儀 磁阻傳感器 農(nóng)業(yè)機(jī)械車輛的姿態(tài)角監(jiān)測設(shè)計 Monitor the Attitude Angle of Agricultural Machinery Vehicle Wu Bangbin (College of Engineering,South China Agricultural University,Guangzhou 510642,China) Abstract:Attitude angle is a very important paramete. In various fields of industry, agriculture and military,there needs attitude angle to give feedback on the movement of the target the rapid development of today 39。 本文提出一種基于 ADXL345 三軸加速度計、 L3G4200 三軸陀螺儀傳感器和 HMC5883磁阻傳感器的姿態(tài)角檢測系統(tǒng)。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和軍事等各個領(lǐng)域中，都需要用姿態(tài)角反饋目標(biāo)載體的運(yùn)動狀況。隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，高新技術(shù)在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)中應(yīng)用越加廣泛，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化需要以智能化的技術(shù)作支撐。該系統(tǒng)采用了基于 ARM CortexM3 內(nèi)核的STM32f103VCT6 單片機(jī)作主控芯片，采集和處理 ADXL34 L3G4200 和 HMC5883 的數(shù)據(jù)得到姿態(tài)角數(shù)據(jù)，利用 nRF24L01 無線模塊發(fā)送到接收顯示模塊上進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。s science and technology, Hightech applications bee increasingly and widely used in modern agriculture, thus the modernization of agriculture needs to be supported by intelligent technology. In the process of realization of intelligent, it needs to control realtime feedback on the status of the motion of the detection ,the data collected by attitude angle to give feedback on target carrier movement of intelligent devices is particularly important. This paper presents an attitude angle detection system based on ADXL345 threeaxis accelerometer,L3G4200 three axis gyro sensor and HMC5883 magoresistive sensor. The system uses STM32F103VCT6 ARM CortexM3 corebased microcontroller as the master chip. Through acquisition and processing data from ADXL345, L3G4200 and HMC5883, attitude angle data was obtained. Then, nRF24L01 sent the obtained information to the receiver on whose display module shows realtime data. Through wireless transmission, function of realtime detection can be realized. Through the experimental analysis, the results show that abse of the data after being