CN206505331U - 一种微机电陀螺仪稳定零点漂移装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种微机电陀螺仪稳定零点漂移装置，包括主控系统、MEMS陀螺仪及传感器组和零点偏移控制器，其中主控系统和MEMS陀螺仪及传感器组均集成在电路板上，零点偏移控制器与MEMS陀螺仪及传感器组的壳体接触连接，所述MEMS陀螺仪及传感器组中的MEMS陀螺仪为MPU6050陀螺仪加速度计和MAX2110陀螺仪加速度计，MEMS陀螺仪及传感器组中的传感器组为温度传感器，主控系统通过零点偏移控制器连接MEMS陀螺仪及传感器组中MEMS陀螺仪的输入端。本实用使现阶段的微电子陀螺仪陀螺仪传感器稳定性得到大幅提高。
Description
技术领域
本实用新型涉及惯性导航以及自动控制领域，具体是一种微机电陀螺仪稳定零点漂移装置。
背景技术
传统微机电陀螺仪具有体积小、质量轻、功耗小、成本低等优点，但是其精度较低，实际应用中的噪声和漂移会比较大，尤其是在温度变化较大的场合，其漂移变化更大。传统方法一般采用软件根据温度对零漂进行补偿，但是陀螺仪的温度和零漂的关系是非线性的，采用温度补偿方式只能减少部分零漂，效果不是理想。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种微机电陀螺仪稳定零点漂移装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种微机电陀螺仪稳定零点漂移装置，包括主控系统、MEMS陀螺仪及传感器组和零点偏移控制器，其中主控系统和MEMS陀螺仪及传感器组均集成在电路板上，零点偏移控制器与MEMS陀螺仪及传感器组的壳体接触连接，所述MEMS陀螺仪及传感器组中的MEMS陀螺仪为MPU6050陀螺仪加速度计和MAX2110陀螺仪加速度计，MEMS陀螺仪及传感器组中的传感器组为温度传感器，主控系统通过零点偏移控制器连接MEMS陀螺仪及传感器组中MEMS陀螺仪的输入端，而MEMS陀螺仪及传感器组中温度传感器、MPU6050陀螺仪加速度计和MAX2110陀螺仪加速度计的输出端均连接主控系统的输入端；所述零点偏移控制器主要包括制冷制热控制电路和制冷制热模块，其中制冷制热模块采用电子制冷器和电子发热元件，制冷制热控制电路包括制冷器驱动电路和制热器驱动电路，其中制冷器驱动电路中的Cold sink-脚电连接电子制冷器，而制热器驱动电路中的三极管SS8050的集电极连接电子发热元件。
作为本实用新型进一步的方案：所述零点偏移控制器6的壳体顶部接触连接散热器7。
作为本实用新型进一步的方案：所述MEMS陀螺仪及传感器组通过DC-DC电源电路连接电源，使用DC-DC电源电路集成的DC-DC稳压芯片稳定给MEMS陀螺仪及传感器组的电源电压，实现对MEMS陀螺仪及传感器组的单独供电，增强陀螺仪系统的抗干扰能力。
作为本实用新型进一步的方案：所述电子制冷器为电子制冷片TEC12710。
作为本实用新型再进一步的方案：所述电子发热元件为三极管B772。
作为本实用新型进一步的方案：所述主控系统中微处理器的型号为STM32F103C8T6，微处理器通过其SPI和I2C通信端口与MEMS陀螺仪及传感器组进行通信，采集角速度、加速度和温度，微处理器的两路PWM输出端通过制冷制热控制电路控制连接制冷制热模块。
主控系统中的微处理器采集陀螺仪系统反馈的角速度、加速度、温度数据，在整个系统开始工作的时候，系统温度处于一个较低值，在系统工作中，系统整体收到内部器件发热以及外部环境影响，导致陀螺仪系统温度发生改变、零点偏移发生不规律的非线性改变，所以在系统工作中，主控系统采集到传感器温度变化、通过对零点偏移控制器中的制冷制热部件进行控制。从而控制系统温度，达到抑制因为温度产生的MEMS陀螺仪零点随机偏移。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用使现阶段的微电子陀螺仪陀螺仪传感器稳定性得到大幅提高。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的微处理器电路原理图；
图3为本实用新型的零漂控制器制冷驱动电路原理图；
图4为本实用新型的零漂控制器制热电路原理图；
图5为MEMS陀螺仪及传感器组中MPU6050陀螺仪加速度计的系统电路；
图6为MEMS陀螺仪及传感器组中MAX2110陀螺仪加速度计的系统电路；
图7为DC-DC电源电路原理图；
图8为本实用新型的一种实现设计图（主控系统和陀螺仪系统）；
图9为本实用新型的一种实现设计图（零点偏移控制器）；
图10为本实用新型的一种实现设计图（整体装配）。
图中：MEMS陀螺仪及传感器组1、电路板2、主控系统3、通讯接口4、电源接口5、零点偏移控制器6、散热器7。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1～10，本实用新型实施例中，一种微机电陀螺仪稳定零点漂移装置，包括主控系统3、MEMS陀螺仪及传感器组1和零点偏移控制器6，其中主控系统3和MEMS陀螺仪及传感器组1均集成在电路板2上，零点偏移控制器6与MEMS陀螺仪及传感器组的壳体接触连接，从而实现温度的控制，且零点偏移控制器6的壳体顶部接触连接散热器7，所述MEMS陀螺仪及传感器组中的MEMS陀螺仪为MPU6050陀螺仪加速度计和MAX2110陀螺仪加速度计，MEMS陀螺仪及传感器组中的传感器组为温度传感器，以便于进行精确数据采集（包括角速度、加速度、温度），主控系统通过零点偏移控制器连接MEMS陀螺仪及传感器组中MEMS陀螺仪的输入端，而MEMS陀螺仪及传感器组中温度传感器、MPU6050陀螺仪加速度计和MAX2110陀螺仪加速度计的输出端均连接主控系统的输入端。
在结构上，MEMS陀螺仪及传感器组1和零点偏移控制器6的外围均覆盖有金属材质的壳体，避免零点偏移控制器6挤压MEMS陀螺仪及传感器组1及其电路板导致其变形，以及制冷制热面直接接触导致MEMS陀螺仪及传感器组1内部系统温度失衡，所述零点偏移控制器6的电源接口均固定在可以的表面，以方便电性连接。
所述零点偏移控制器主要包括制冷制热控制电路和制冷制热模块，其中制冷制热模块采用电子制冷器（如电子制冷片TEC12710）和电子发热元件（如三极管B772），制冷制热控制电路包括制冷器驱动电路（如图3）和制热器驱动电路（如图4），均为本技术领域内人员公知的现有电路技术，其中制冷器驱动电路中的Cold sink-脚电连接电子制冷片TEC12710，而制热器驱动电路中的三极管SS8050的集电极连接三极管B772的基极，实现制热驱动。
所述主控系统包括微处理器、晶振以及其他微处理器外围电阻电容电路，此处的主控系统为现有的技术，本实用在原系统实现微机电陀螺仪稳定零点漂移装置本体的加装，已达到节约开发成本的目的，并提高产品的市场竞争力，其中微处理器的型号为STM32F103C8T6（如图2），微处理器通过其SPI和I2C通信端口与MEMS陀螺仪及传感器组进行通信，采集角速度、加速度、温度，微处理器的两路PWM输出端（即PA0WKUP脚和PA1脚）通过制冷制热控制电路控制连接制冷制热模块，实现控制制冷制热模块的工作。
所述MEMS陀螺仪及传感器组通过DC-DC电源电路连接电源，使用DC-DC电源电路集成的DC-DC稳压芯片稳定给MEMS陀螺仪及传感器组的电源电压，实现对MEMS陀螺仪及传感器组的单独供电，增强陀螺仪系统的抗干扰能力。
本实用新型的工作原理是：
零点偏移控制器的实现方法有两种，一种是采用电子制冷片，将电子制冷片的贴于MEMS陀螺仪及传感器组1的壳体表面，采用微控制器控制电子制冷片的制冷功率，维持陀螺仪的温度稳定性。
另外一种方法是采用加热装置，在MEMS陀螺仪及传感器组1刚开始工作时将陀螺仪环境温度加热，采用微控制器控制加热装置的加热功率，维持陀螺仪的温度稳定性。
具体控制方法如下：
在系统开始工作时MEMS陀螺仪及传感器组采集当前温度a反馈给主控系统，主控系统通过多路PWM控制零点偏移控制器中的制冷片（TEC12710）及制热元件（B772）实施温度控制，使整个系统运行中一直保持温度a，从而抑制温度变化带来的随机零点偏移。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (6)
1.一种微机电陀螺仪稳定零点漂移装置，包括主控系统（3）、MEMS陀螺仪及传感器组（1）和零点偏移控制器（6），其中主控系统（3）和MEMS陀螺仪及传感器组（1）均集成在电路板（2）上，其特征在于，零点偏移控制器（6）与MEMS陀螺仪及传感器组的壳体接触连接，所述MEMS陀螺仪及传感器组中的MEMS陀螺仪为MPU6050陀螺仪加速度计和MAX2110陀螺仪加速度计，MEMS陀螺仪及传感器组中的传感器组为温度传感器，主控系统通过零点偏移控制器连接MEMS陀螺仪及传感器组中MEMS陀螺仪的输入端，而MEMS陀螺仪及传感器组中温度传感器、MPU6050陀螺仪加速度计和MAX2110陀螺仪加速度计的输出端均连接主控系统的输入端；所述零点偏移控制器主要包括制冷制热控制电路和制冷制热模块，其中制冷制热模块采用电子制冷器和电子发热元件，制冷制热控制电路包括制冷器驱动电路和制热器驱动电路，其中制冷器驱动电路中的Cold sink-脚电连接电子制冷器，而制热器驱动电路中的三极管SS8050的集电极连接电子发热元件。
2.根据权利要求1所述的一种微机电陀螺仪稳定零点漂移装置，其特征在于，所述零点偏移控制器6的壳体顶部接触连接散热器7。
3.根据权利要求1所述的一种微机电陀螺仪稳定零点漂移装置，其特征在于，所述MEMS陀螺仪及传感器组通过DC-DC电源电路连接电源，使用DC-DC电源电路集成的DC-DC稳压芯片稳定给MEMS陀螺仪及传感器组的电源电压，实现对MEMS陀螺仪及传感器组的单独供电，增强陀螺仪系统的抗干扰能力。
4.根据权利要求1所述的一种微机电陀螺仪稳定零点漂移装置，其特征在于，所述电子制冷器为电子制冷片TEC12710。
5.根据权利要求1所述的一种微机电陀螺仪稳定零点漂移装置，其特征在于，所述电子发热元件为三极管B772。
6.根据权利要求1所述的一种微机电陀螺仪稳定零点漂移装置，其特征在于，所述主控系统中微处理器的型号为STM32F103C8T6，微处理器通过其SPI和I2C通信端口与MEMS陀螺仪及传感器组进行通信，采集角速度、加速度和温度，微处理器的两路PWM输出端通过制冷制热控制电路控制连接制冷制热模块。
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| CN201720140559.3U CN206505331U (zh) | 2017-02-16 | 2017-02-16 | 一种微机电陀螺仪稳定零点漂移装置 |
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| CN (1) | CN206505331U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109784499A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-05-21 | 华南理工大学广州学院 | 一种学习机器人及控制方法 |
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2017
- 2017-02-16 CN CN201720140559.3U patent/CN206505331U/zh active Active
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| CN109784499A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-05-21 | 华南理工大学广州学院 | 一种学习机器人及控制方法 |
| CN109784499B (zh) * | 2018-12-21 | 2021-01-05 | 华南理工大学广州学院 | 一种学习机器人及控制方法 |
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