CN101598555B - 基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置，至少包括：六轴微惯性传感器，用于根据接收自信号板中处理器模块的控制指令采集三轴陀螺仪信号和三轴加速度计信号，并将采集的三轴陀螺仪信号和三轴加速度计信号输出给信号板中处理器模块；信号板，用于控制六轴微惯性传感器采集三轴陀螺仪信号和三轴加速度计信号，以及控制信号板中三轴磁场计模块采集三轴磁场计信号，并对采集的数据信号进行处理，然后进行捷联解算，得到运到运动载体的姿态和航向；以及电池仓，用于放置为该装置供电的电池。本发明基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置，具有精度高、功耗低、体积小、重量轻、实时性好的优点，且具有远距离无线传输功能。
Description
技术领域
本发明涉及信号采集和测量技术领域，尤其涉及基于微机电系统(Micro Eelectro Mechanical System，MEMS)的微惯性测量装置，具体是一种基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置。其特点在于体积小、重量轻、功耗低、成本低、无线传输，可应用于机器人、飞行器、车辆、人体运动等领域的位姿检测。
背景技术
随着微机电系统(Micro Eelectro Mechanical System，MEMS)技术的发展，微陀螺仪和微加速度计等新型传感器件不断涌现，它们具有价格低、体积小、重量轻、精度高等特点，而且很容易进行集成。
利用微机电惯性测量组合技术进行运动载体位姿的跟踪具有非常广阔的前景。惯性跟踪系统的基本原理是在目标初始位置、姿态已知基础上，依据惯性原理，利用陀螺和加速度计等惯性敏感元件测量物体运动的角速度和直线加速度，然后通过积分获得物体的位置和姿态。对陀螺仪输出的角速度一次积分可以获得姿态信息，对加速度计输出的加速度两次积分可以获得位置信息。
由于惯性跟踪系统完全依赖自身进行导航，不需要外部信号源，所以可以在较大范围内实现对物体的跟踪，成为目前大范围跟踪的主要跟踪方式。通常这种惯性跟踪系统可以对1至3个自由度的姿态进行跟踪，精度可以达到0.2°，分辨率可以达到0.032°。
惯性跟踪技术在微小运动载体运动跟踪中的应用主要受制于它价格、体积和重量。这些年MEMS技术取得了迅猛发展，目前整个微惯性测量组合的尺寸仅为2cm×2cm×0.5cm，质量约5g。体积小、重量轻、成本低、性能优越的微惯性测量组合器件的出现，使得采用惯性跟踪技术进行微小运动载体位姿跟踪成为可能。目前已有一些相关的研究，但还刚刚起步，特别是将其用于手/臂运动跟踪方面，还没有相关的专利技术。
此外，就应用于微小型化的载体姿态测量系统来说，迫切需要具有实时处理位置与姿态信息的集成化处理单元。ZigBee是部署无线传感器网络的新技术，它是一种短距离、低速率无线网络技术，是一种介于无线标记技术与蓝牙技术之间的技术。ZigBee一词源自蜜蜂群在发现花粉位置时，通过跳ZigZag形舞蹈来告知同伴，达到交换信息的目的，借此称呼一种专注于低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术。
基于ZigBee无线单片机除了能满足微型惯性测量组合装置实时进行姿态解算算法的要求，还能提供与主机及其它传感器节点间的无线通信，并能组成具有多种网络拓扑结构的无线传感器网络。这使得整个微型惯性测量组合装置的微型化、网络化成为可能，而且大大降低了系统成本。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于克服现有惯性测量系统体积大、功耗高、造价高等不足，提出一种具有精度高、功耗低、体积小、重量轻、实时性好，且具有远距离无线传输功能，基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置，其特征在于，该装置至少包括：
六轴微惯性传感器4，用于根据接收自信号板5中处理器模块13的控制指令采集三轴陀螺仪信号和三轴加速度计信号，并将采集的三轴陀螺仪信号和三轴加速度计信号输出给信号板5中处理器模块13；
信号板5，用于控制六轴微惯性传感器4采集三轴陀螺仪信号和三轴加速度计信号，以及控制信号板5中三轴磁场计模块12采集三轴磁场计信号，并对采集的数据信号进行处理，然后进行捷联解算，得到运到运动载体的姿态和航向；以及
电池仓2，用于放置为该装置供电的电池；以及
定位底板3和外壳1，其中，定位底板3用于支撑和定位，六轴微惯性传感器4和信号板5分别通过至少一对定位销固定于定位底板3之上；外壳1通过螺丝孔与定位底板3固定连接在一起，将整个装置封闭；
其中，所述六轴微惯性传感器(4)通过SPI接口与信号板(5)中处理器模块(13)进行通讯，至少包括：
三轴陀螺仪，用于根据接收自信号板(5)中处理器模块(13)的控制指令采集三轴陀螺仪信号，并将采集的三轴陀螺仪信号输出给信号板(5)中处理器模块(13)；以及
三轴加速度计，用于根据接收自信号板(5)中处理器模块(13)的控制指令采集三轴加速度计信号，并将采集的三轴加速度计信号输出给信号板(5)中处理器模块(13)；
其中，所述信号板(5)至少包括：
电源管理模块(11)，用于实现电池管理、功率转换和负载管理，对电池仓(2)中的电池进行充电、保护以及电压的转换，以满足不同负载的需求，并加以隔离，以防止干扰；
三轴磁场计模块(12)，用于根据接收自处理器模块(13)的控制指令采集三轴磁场计信号，并将采集的三轴磁场计信号输出给处理器模块(13)；
处理器模块(13)，用于控制六轴微惯性传感器(4)采集三轴陀螺仪信号和三轴加速度计信号，以及控制信号板(5)中三轴磁场计模块(12)采集三轴磁场计信号，并对采集的数据信号进行处理，然后进行捷联解算，得到运到运动载体的姿态和航向；以及
通讯模块(14)，用于将处理器模块(13)计算出的运动载体的姿态和航向通过有线或者无线的方式进行打包传送。
上述方案中，所述六轴微惯性传感器4进一步包括：温度补偿模块，用于对六轴微惯性传感器4产生的温度漂移进行补偿。
上述方案中，所述电源管理模块11采用芯片MAX1874进行电池管理。
上述方案中，所述三轴磁场计模块12包括：
三轴磁阻传感器，焊接在信号板5上，用于保证磁阻传感器的四边与信号板的四边平行；
信号差分放大模块，用于对三轴磁阻传感器输出的模拟信号进行差分放大处理，将信号调理到ADC的输入范围内输出给处理器模块13，供处理器模块13进行模数转换。
上述方案中，所述三轴磁场计模块12进一步包括：置位复位模块，用于在磁阻受到强磁场干扰时，对磁阻施加一个瞬态强脉冲使得磁阻的特性加以恢复，完成磁阻传感器的置位和复位，防止磁阻传感器在的薄膜磁化极性在强磁场中遭到破坏；其中，瞬态强脉冲包括置位脉冲和复位脉冲，置位脉冲使得磁阻元件重新正向排列，复位脉冲使得磁阻元件重新反向排列。
上述方案中，所述处理器模块13包括射频芯片CC2430及其外围电路，以射频芯片CC2430为处理器，通过SPI接口完成对六轴微惯性传感器4信号的采集，通过ADC模块完成对三轴磁场计信号的采集，集成了ZigBee射频模块、内存和微控制器，以8位MCU 8051为核心，具有128KB FLASH和8KB RAM，至少包含模拟数字转换ADC模块、定时器模块、看门狗模块和DMA控制器。
上述方案中，所述通讯模块14包括：
无线通讯模块，用于实现该装置与其他系统或者上位机之间的无线通讯；
串口通讯模块，用于实现该装置与上位机之间的有线通讯，该装置将解算之后的数据通过串口上传至上位机。
上述方案中，所述无线通讯模块采用满足IEEE 802.15.4的ZigBee无线传输协议，该无线通讯模块通过不平衡变压器单端输出至不平衡天线，以保证天线的性能。
上述方案中，所述不平衡天线由电容C1、电感L1、L2、L3和PCB传输线组成，整个结构满足RF输入/输出阻抗匹配的要求。
上述方案中，所述定位底板3由无铁磁材料的铝板加工而成，起支撑和定位的作用，定位底板3上有两对定位销，其中一对(8-1，2)用于定位六轴微惯性传感器模块4，另外一对(9-1，2)用于定位信号板5，以保证六轴微惯性传感器4中的三轴陀螺仪、三轴加速度计和信号板5中的三轴磁阻传感器的X轴、Y轴和Z轴能够保持平行，降低由于安装不准而带来的误差；定位底板3上进一步包含用于整个装置安装的定位孔(10-1，2，3，4)，用于整个装置的固定。
上述方案中，所述外壳1由无铁磁材料的铝板加工而成，外壳1上包含有用于放置天线的天线孔6和用于放MINI-USB接口的USB孔7，其中天线孔6用于无线通讯，USB孔7用于串口通讯和外部供电。
上述方案中，所述电池仓2位于外壳1和定位底板3之间，放置的电池为3.7V锂电池，电池仓的后部有弹性装置，便于电池的取出。
(三)有益效果
从上述方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明采用全MEMS微惯性器件，与传统的惯性测量系统相比，具有精度高、功耗低、体积小、重量轻、实时性好等优点。
(2)本发明除提供传统的三轴转速度、三轴加速度等信息外，还提供三轴地磁场强度信息，是真正的9轴微惯性测量系统。
(3)本发明所采用的六轴微惯性传感器模块是3轴陀螺仪和3轴加速度计的集成模块，既减少了多个单轴或双轴微惯性测量系统在安装时由于无法保证敏感轴正交带来的误差，又由于能保证陀螺仪和加速度计两个测量系统的轴向平行，从而减少两个系统测量数据的不一致性。
(4)本发明所采用的磁场计是3轴惯性测量系统，减少了多个单轴或双轴微惯性测量系统在安装时由于无法保证敏感轴正交带来的误差。
(5)本发明除采用传统的串口进行数据通讯外，还采用了基于ZigBee技术的无线传输协议，便于和别的模块组成具有多种网络拓扑结构的无线网络，具有传输距离远、网络节点多、便于监控等特点。
(6)由于本发明的功耗很低，因此可以采用电池供电，增强了系统的可移动性。
附图说明
图1为本发明提供的基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置的立体结构示意图；
图2为本发明提供的基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置的定位底板结构示意图；
图3为本发明提供的基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置的六轴微惯性传感器模块与处理器模块的接口电路示意图；
图4为本发明提供的基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置的信号板结构示意图；
图5为本发明提供的基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置的电源管理模块的电路接口示意图；
图6为本发明提供的基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置的三轴磁场计模块的电路结构示意图；
图7为本发明提供的基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置的三轴磁场计模块中置位复位电路的电路结构示意图；
图8为本发明提供的基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置的三轴磁场计模块中置位复位脉冲的时序图；
图9为本发明提供的基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置的串口通讯模块的电路结构示意图；
图10为本发明提供的基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置的无线通讯模块的电路结构示意图；
图11为本发明提供的基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置的系统程序流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1和图2所示，本发明提供的这种基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置，至少包括六轴微惯性传感器4、信号板5和电池仓2。
其中，六轴微惯性传感器4用于根据接收自信号板5中处理器模块13的控制指令采集三轴陀螺仪信号和三轴加速度计信号，并将采集的三轴陀螺仪信号和三轴加速度计信号输出给信号板5中处理器模块13。信号板5用于控制六轴微惯性传感器4采集三轴陀螺仪信号和三轴加速度计信号，以及控制信号板5中三轴磁场计模块12采集三轴磁场计信号，并对采集的数据信号进行处理，然后进行捷联解算，得到运到运动载体的姿态和航向。电池仓2用于放置为该装置供电的电池。
另外，该装置还可以进一步包括定位底板3和外壳1。其中，定位底板3用于支撑和定位，六轴微惯性传感器4和信号板5分别通过至少一对定位销固定于定位底板3之上。外壳1通过螺丝孔与定位底板3固定连接在一起，将整个装置封闭。
所述定位底板3由无铁磁材料的铝板加工而成，起支撑和定位的作用，定位底板3上有两对定位销，其中一对(8-1，2)用于定位六轴微惯性传感器模块4，另外一对(9-1，2)用于定位信号板5，以保证两个模块的X轴、Y轴和Z轴能够保持平行，降低由于安装不准而带来的误差。定位底板3上还进一步包含用于整个装置安装的定位孔(10-1，2，3，4)，用于整个装置的固定。
所述外壳1由无铁磁材料的铝板加工而成，外壳1上包含有用于放置天线的天线孔6和用于放MINI-USB接口的USB孔7，其中天线孔6用于无线通讯，USB孔7用于串口通讯和外部供电。
所述电池仓2位于外壳1和定位底板3之间，放置的电池为3.7V锂电池，电池仓的后部有弹性装置，便于电池的取出。
如图3所示，本发明提供的这种基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置中的六轴微惯性传感器4通过SPI接口与信号板5中处理器模块13进行通讯，至少包括陀螺仪和加速度计。
其中，陀螺仪用于根据接收自信号板5中处理器模块13的控制指令采集三轴陀螺仪信号，并将采集的三轴陀螺仪信号输出给信号板5中处理器模块13。加速度计用于根据接收自信号板5中处理器模块13的控制指令采集三轴加速度计信号，并将采集的三轴加速度计信号输出给信号板5中处理器模块13。
所述六轴微惯性传感器4进一步包括温度补偿模块，用于对六轴微惯性传感器4产生的温度漂移进行补偿。
由于很难保证安装时的轴间正交及同轴平行，传统的利用单轴或双轴的陀螺仪和加速度计的测量系统会带来较大的误差。本发明采用美国AD公司生产的ADIS16350微惯性传感器作为系统的陀螺仪和加速度计，ADIS16350是一个包含3轴陀螺仪和3轴加速度计的6轴高精度微惯性传感器，其中3轴陀螺仪的测量范围为±300°/s，精度为±0.07326°/s/LSB，3轴加速度计的测量范围为±10g，精度为±2.522mg/LSB。ADIS16350通过SPI接口与处理器模块相连，通过读取相应寄存器可得到三轴陀螺仪和三轴加速度计的值。另外，ADIS16350还包含精确的温度补偿模块，可以对微惯性传感器产生的温度漂移进行补偿。
如图4所示，本发明提供的这种基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置的信号板5至少包括电源管理模块11、三轴磁场计模块12、处理器模块13和通讯模块14。
其中，电源管理模块11用于实现电池管理、功率转换和负载管理，对电池仓2中的电池进行充电、保护以及电压的转换，以满足不同负载的需求，并加以隔离，以防止干扰。
三轴磁场计模块12用于根据接收自处理器模块13的控制指令采集三轴磁场计信号，并将采集的三轴磁场计信号输出给处理器模块13。
处理器模块13用于控制六轴微惯性传感器4采集三轴陀螺仪信号和三轴加速度计信号，以及控制信号板5中三轴磁场计模块12采集三轴磁场计信号，并对采集的数据信号进行处理，然后进行捷联解算，得到运到运动载体的姿态和航向。
通讯模块14，用于将处理器模块13计算出的运动载体的姿态和航向通过有线或者无线的方式进行打包传送。
如图5所示，本发明提供的基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置的电源管理模块11采用芯片MAX1874进行电池管理，完成对电池的充电和保护等任务。MAX1874可以使用USB或电源适配器为单节锂电池充电，它包含一个完整的双输入线性充电器，可以控制电池的充电电压和充电电流，以保护锂电池。功率转换模块将一节锂电池3.5V-4.2V的输出电压，降压或者升压转换成设备工作所需的+3.3V、+5V+12V电压，以满足不同负载的需要。其中+3.3V电压为以射频芯片CC2430为核心的处理器模块供电，+5V电压为6轴微惯性传感器和磁场计模块供电，+12V电压为磁场计的置位复位模块供电。+3.3V和+5V电压的最大供电电流为150mA，+12V电压的最大供电电流为30mA，满足各种负载的要求。
如图6所示，本发明提供的基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置的三轴磁场计模块12包括三轴磁阻传感器和信号差分放大模块。其中，三轴磁阻传感器焊接在信号板5上，用于保证磁阻传感器的四边与信号板的四边平行。信号差分放大模块用于对三轴磁阻传感器输出的模拟信号进行差分放大处理，将信号调理到ADC的输入范围内输出给处理器模块13，供处理器模块13进行模数转换。
为了避免单轴磁场计由于安装精度无法保证而带来的误差，系统采用HoneyWell公司生产的3轴磁阻传感器HMC1043。该传感器的测量范围为-6gauss-+6gauss，测量灵敏度为1.0mV/V/gauss。三轴磁阻传感器采用霍尼韦尔的各向异性磁阻(AMR)技术组成惠斯通电桥，当向电桥供电时，传感器把传感轴方向的入射磁场强度转换成差动电压输出，经差动放大器将信号进行放大，并调理至处理器模块ADC的采样范围内。
由于制作工艺的误差，惠斯通电桥上每个各向异性磁阻在零磁场下的电阻也不尽相同，因此在零磁场下，电桥的每半个电桥的输出也不尽相同，有一定的偏置电压。本发明中采用软件的方法来消除偏置。
系统采用+5V电压为磁阻传感器供电，传感器的灵敏度为1.0mV/V/gauss，设地磁场的最大值为0.5gauss，则在最大地磁场下，电桥的输出为：
Vnom＝1.0*5*(±0.5)＝±2.5mV
传感器的电桥偏置为±0.5mV/V，则电桥的偏置输出为：
Voff＝±0.5*5＝±2.5mV
则电桥输出的实际范围为：
Vout＝±5mV
射频芯片CC2430中的ADC模块的采样范围为0至2.5V，采样分辨率为14位，转换速率为7.6ksps，系统选用的差动放大器为AD623，基准电压为1.25V，放大倍数为250(该放大倍数按照标准值计算所得，实际情况会有所调整)。
如图7所示，本发明提供的基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置的三轴磁场计模块12进一步包括置位复位模块，该置位复位模块用于在磁阻受到强磁场干扰时，对磁阻施加一个瞬态强脉冲使得磁阻的特性加以恢复，完成磁阻传感器的置位和复位，防止磁阻传感器在的薄膜磁化极性在强磁场中遭到破坏；其中，瞬态强脉冲包括置位脉冲和复位脉冲，置位脉冲使得磁阻元件重新正向排列，复位脉冲使得磁阻元件重新反向排列。
在三轴磁场计模块12中加入置位复位模块是因为当磁阻受到强磁场干扰时，磁阻的磁化极性会受到破坏，传感器特性也会改变，这时需要对磁阻施加一个瞬态的强脉冲电流来使得磁阻的特性加以恢复。其中，置位脉冲使得磁阻元件重新正向排列，而复位脉冲则使得磁阻元件重新反向排列。置位和复位脉冲由射频芯片CC2430产生，其脉冲时序如图8所示。+12V的电压由电源管理模块的芯片MAX662A产生，三极管9014与电阻R1，R2构成反相器。当SET脉冲为低电平，RESET脉冲为高电平时，HEXFET驱动器IRF7106的N通道导通，P通道截至，施加在S/R+端(即置位复位带)的电压为0。当SET脉冲的上升沿到来时，IRF7106的P通道导通，+12V电压通过P通道向电容C充电，在S/R+端有幅值为+12V的脉冲产生，脉冲的宽度取决于C和置位复位带的电阻，该脉冲用于磁阻传感器的置位。当SET脉冲的下降沿到来时，IRF7106的N通道导通，P通道截至，电容C通过N通道向置位复位带放电，在S/R+端有幅值为-12V的脉冲产生，该脉冲用于磁阻传感器的复位。传感器置位复位带的标称电阻为2.5欧，则置位复位电流为4.8A。
为了消除偏置电压，系统采取软件来消除偏置。由于传感器的磁阻元件在置位和复位之后的排列方向相反，因此系统在置位脉冲到来之后进行一次采样，在复位脉冲到来之后再进行一次采样，两次采样的结果相加，即为偏置电压的两倍。
所述处理器模块13包括射频芯片CC2430及其外围电路，以射频芯片CC2430为处理器，通过SPI接口完成对六轴微惯性传感器4信号的采集，通过ADC模块完成对三轴磁场计信号的采集，集成了ZigBee射频模块、内存和微控制器，以8位MCU 8051为核心，具有128KB FLASH和8KBRAM，至少包含模拟数字转换ADC模块、定时器模块、看门狗模块和DMA控制器等。本发明提供的基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置，利用该处理器完成三轴陀螺仪信号、三轴加速度计信号以及三轴磁场计信号的采集，并对采集的数据进行处理，然后进行捷联解算，以得到运到运动载体的姿态和航向。
所述通讯模块14包括无线通讯模块和串口通讯模块。其中，无线通讯模块，用于实现该装置与其他系统或者上位机之间的无线通讯。串口通讯模块，用于实现该装置与上位机之间的有线通讯，该装置将解算之后的数据通过串口上传至上位机。串口通讯模块的结构和功能如图9所示。
如图10所示，本发明的基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置的无线通讯模块采用满足IEEE 802.15.4的ZigBee无线传输协议，利用该协议，系统可以与别的模块组成网状或串状网络等多种网络拓扑结构，传输速率为250kbps，传输距离为百米左右。该无线通讯模块通过不平衡变压器单端输出至不平衡天线，以保证天线的性能，不平衡天线由电容C1、电感L1、L2、L3和PCB传输线组成，整个结构满足RF输入/输出阻抗匹配的要求。
如图11所示，本发明的基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置的主程序流程。为了保证系统的实时性，系统采用中断方式进行数据采集，当相应的中断发生时，系统通过中断应答，并在中断服务程序中进行数据采集或数据传送。主程序主要负责数据处理的工作。数据处理主要分为数据滤波和捷联解算。其中数据滤波分为两部分，第一部分是限幅滤波，用于剔除因偶然因素引起的脉冲干扰，第二部分是滑动滤波，用于抑制周期性的干扰，并进行数据平滑。滤波之后的数据进行捷联解算，得到运动载体的姿态和航向，并将此数据加以保存，并进行下一次的主程序计算。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置，其特征在于，该装置至少包括：
六轴微惯性传感器(4)，用于根据接收自信号板(5)中处理器模块(13)的控制指令采集三轴陀螺仪信号和三轴加速度计信号，并将采集的三轴陀螺仪信号和三轴加速度计信号输出给信号板(5)中处理器模块(13)；
信号板(5)，用于控制六轴微惯性传感器(4)采集三轴陀螺仪信号和三轴加速度计信号，以及控制信号板(5)中三轴磁场计模块(12)采集三轴磁场计信号，并对采集的数据信号进行处理，然后进行捷联解算，得到运动载体的姿态和航向；
电池仓(2)，用于放置为该装置供电的电池；以及
定位底板(3)和外壳(1)，其中，定位底板(3)用于支撑和定位，六轴微惯性传感器(4)和信号板(5)分别通过至少一对定位销固定于定位底板(3)之上；外壳(1)通过螺丝孔与定位底板(3)固定连接在一起，将整个装置封闭；
其中，所述六轴微惯性传感器(4)通过SPI接口与信号板(5)中处理器模块(13)进行通讯，至少包括：
三轴陀螺仪，用于根据接收自信号板(5)中处理器模块(13)的控制指令采集三轴陀螺仪信号，并将采集的三轴陀螺仪信号输出给信号板(5)中处理器模块(13)；以及
三轴加速度计，用于根据接收自信号板(5)中处理器模块(13)的控制指令采集三轴加速度计信号，并将采集的三轴加速度计信号输出给信号板(5)中处理器模块(13)；
其中，所述信号板(5)至少包括：
电源管理模块(11)，用于实现电池管理、功率转换和负载管理，对电池仓(2)中的电池进行充电、保护以及电压的转换，以满足不同负载的需求，并加以隔离，以防止干扰；
三轴磁场计模块(12)，用于根据接收自处理器模块(13)的控 制指令采集三轴磁场计信号，并将采集的三轴磁场计信号输出给处理器模块(13)；
处理器模块(13)，用于控制六轴微惯性传感器(4)采集三轴陀螺仪信号和三轴加速度计信号，以及控制信号板(5)中三轴磁场计模块(12)采集三轴磁场计信号，并对采集的数据信号进行处理，然后进行捷联解算，得到运动载体的姿态和航向；以及
通讯模块(14)，用于将处理器模块(13)计算出的运动载体的姿态和航向通过有线或者无线的方式进行打包传送。
2.根据权利要求1所述的基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置，其特征在于，所述六轴微惯性传感器(4)进一步包括：
温度补偿模块，用于对六轴微惯性传感器(4)产生的温度漂移进行补偿。
3.根据权利要求1所述的基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置，其特征在于，所述电源管理模块(11)采用芯片MAX1874进行电池管理。
4.根据权利要求1所述的基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置，其特征在于，所述三轴磁场计模块(12)包括：
三轴磁阻传感器，焊接在信号板(5)上，用于保证磁阻传感器的四边与信号板的四边平行；
信号差分放大模块，用于对三轴磁阻传感器输出的模拟信号进行差分放大处理，将信号调理到ADC的输入范围内输出给处理器模块(13)，供处理器模块(13)进行模数转换。
5.根据权利要求4所述的基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置，其特征在于，所述三轴磁场计模块(12)进一步包括：
置位复位模块，用于在磁阻受到强磁场干扰时，对磁阻施加一个瞬态强脉冲使得磁阻的特性加以恢复，完成磁阻传感器的置位和复位，防止磁阻传感器在的薄膜磁化极性在强磁场中遭到破坏；其中，瞬态强脉冲包括置位脉冲和复位脉冲，置位脉冲使得磁阻元件重新正向排列，复位脉冲使得磁阻元件重新反向排列。
6.根据权利要求1所述的基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置，其特征在于，所述处理器模块(13)包括射频芯片CC2430及其外围电路， 以射频芯片CC2430为处理器，通过SPI接口完成对六轴微惯性传感器(4)信号的采集，通过ADC模块完成对三轴磁场计信号的采集，集成了ZigBee射频模块、内存和微控制器，以8位MCU 8051为核心，具有128KB FLASH和8KB RAM，至少包含模拟数字转换ADC模块、定时器模块、看门狗模块和DMA控制器。
7.根据权利要求1所述的基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置，其特征在于，所述通讯模块(14)包括：
无线通讯模块，用于实现该装置与其他系统或者上位机之间的无线通讯；
串口通讯模块，用于实现该装置与上位机之间的有线通讯，该装置将解算之后的数据通过串口上传至上位机。
8.根据权利要求7所述的基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置，其特征在于，所述无线通讯模块采用满足IEEE 802.15.4的ZigBee无线传输协议，该无线通讯模块通过不平衡变压器单端输出至不平衡天线，以保证天线的性能。
9.根据权利要求8所述的基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置，其特征在于，所述不平衡天线由电容C1、电感L1、L2、L3和PCB传输线组成，整个结构满足RF输入/输出阻抗匹配的要求。
10.根据权利要求1所述的基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置，其特征在于，所述定位底板(3)由无铁磁材料的铝板加工而成，起支撑和定位的作用，定位底板(3)上有两对定位销，其中一对(8-1，2)用于定位六轴微惯性传感器模块(4)，另外一对(9-1，2)用于定位信号板(5)，以保证六轴微惯性传感器(4)中的三轴陀螺仪、三轴加速度计和信号板(5)中的三轴磁阻传感器的X轴、Y轴和Z轴能够保持平行，降低由于安装不准而带来的误差；定位底板(3)上进一步包含用于整个装置安装的定位孔(10-1，2，3，4)，用于整个装置的固定。
11.根据权利要求1所述的基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置，其特征在于，所述外壳(1)由无铁磁材料的铝板加工而成，外壳(1)上包含有用于放置天线的天线孔(6)和用于放MINI-USB接口的USB孔(7)，其中天线孔(6)用于无线通讯，USB孔(7)用于串口通讯和外部 供电。
12.根据权利要求1所述的基于ZigBee无线单片机的微惯性测量装置，其特征在于，所述电池仓(2)位于外壳(1)和定位底板(3)之间，放置的电池为3.7V锂电池，电池仓的后部有弹性装置，便于电池的取出。
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