本發(fā)明涉及慣性測量單元(IMU)的實時通信領域，特別是涉及一種撓性陀螺系統(tǒng)角速度的數(shù)據(jù)通信結構。

背景技術：

導引頭用于某導彈的末段制導，是導彈的重要組成部分，它的優(yōu)劣直接影響導彈的命中精度和整個導彈的性能。在研制、生產(chǎn)和裝備過程中，迫切需要先進的檢測技術和檢測設備來檢測性能參數(shù)。因此，導引頭的慣性測量單元是武器系統(tǒng)不可缺少的關鍵設備。慣性測量單元在導引頭應用方面，包括陀螺系統(tǒng)和加速度系統(tǒng)，分別提供慣性測量信息(角速度和線加速度)。在實際應用中，要保證撓性陀螺系統(tǒng)產(chǎn)生的角速度信號實時性好且抗干擾性強，這就要求信號通信可實時控制。傳統(tǒng)的撓性陀螺系統(tǒng)角速度信號輸出為模擬量，上位機和下位機之間采用RS232串口進行通信，它是異步通信，抗干擾性能差，傳輸速度低并且還需處理器處理大量數(shù)據(jù)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種撓性陀螺系統(tǒng)角速度的數(shù)據(jù)通信結構。

本發(fā)明的技術方案如下:一種撓性陀螺系統(tǒng)角速度的數(shù)據(jù)通信結構包括：信號調理電路、AD轉換電路、ARM主控電路；所述信號調理電路為復合差分電路，使所述AD轉換電路的IN+和IN-單端輸入信號范圍為0～VREF，VREF等于5V，使其輸出差值范圍在-5V～5V。

優(yōu)選的，所述AD轉換電路其特征是選用16位的AD7688作為模數(shù)轉換，其對IN+與IN-引腳之間的電壓值差值進行采樣，兩引腳的電壓擺幅在0～Vref之間，所述AD轉換電路的輸入端還包括TVS管。

優(yōu)選的，所述ARM主控電路其特征是選用32位STM32F103，對信號進行采集、處理及與上位機通信。

本發(fā)明實現(xiàn)信號采集、濾波、誤差計算和補償修正、與上位機通信等重要參數(shù)，簡化了電路設計，提高了系統(tǒng)可靠性；采用SPI同步接口采集數(shù)據(jù)和與上位機通信，克服了傳統(tǒng)RS232異步的通信方式，提高了系統(tǒng)抗干擾能力，且響應速度快，易于實現(xiàn)。

【附圖說明】

圖1是撓性陀螺系統(tǒng)角速度信號通信框圖；

圖2是信號調理電路原理圖；

圖3是AD轉換電路原理圖。

【具體實施方式】

下面通過實施方式對本發(fā)明作進一步說明。

請同時參閱圖1至圖3，所述撓性陀螺系統(tǒng)角速度的數(shù)據(jù)通信結構，包括：信號調理電路、AD轉換電路、ARM主控電路；所述信號調理電路為復合差分電路，使所述AD轉換電路的IN+和IN-單端輸入信號范圍為0～VREF，VREF等于5V，使其輸出差值范圍在-5V～5V。

所述AD轉換電路其特征是選用16位的AD7688作為模數(shù)轉換，其對IN+與IN-引腳之間的電壓值差值進行采樣，兩引腳的電壓擺幅在0～Vref之間，所述AD轉換電路的輸入端還包括TVS管。

所述ARM主控電路其特征是選用32位STM32F103，對信號進行采集、處理及與上位機通信。

對于實際系統(tǒng)，提供的信號幅值很小，噪聲大，且易受干擾，需要對信號加工處理，選用LM158低功耗雙路運算放大器進行信號調理。信號調理電路見附圖2(陀螺系統(tǒng)角速度兩路信號調理電路形式一致)，為了使AD轉換電路的IN+和IN-單端輸入信號范圍為0～VREF(VREF＝5V)，使其輸出差值范圍在-5V～5V，信號調理電路設計為復合差分電路，由此可推出：

即

IN₊-IN_-＝-V_IN(其中Vin范圍為-5V～5V)

由上式可知，信號調理電路輸出信號滿足AD芯片的輸入要求，同時未損失采樣幅度，達到了設計要求。

AD轉換電路主要將調理后的信號轉換為數(shù)字量傳至ARM芯片。AD轉換芯片選用16位AD7688，該器件對IN+與IN-引腳之間的電壓值差值進行采樣，兩引腳的電壓擺幅在0～Vref之間，因此對輸入信號幅值控制在-5V～+5V之間。為了防止輸入信號有瞬間過壓脈沖信號，在AD輸入端增加TVS管，能夠快速的將電壓箝位在預定水平，從而有效的保護AD轉換電路，使IN+和IN-輸入信號滿足芯片要求，同時不損失采樣幅度。見附圖3(陀螺系統(tǒng)角速度兩路信號AD轉換電路形式一致)。

ARM主控電路選用ST公司32位ARM微控制芯片STM32F103作為數(shù)字電路，實現(xiàn)AD芯片的控制、數(shù)據(jù)采集處理、數(shù)據(jù)計算及數(shù)據(jù)傳輸功能。陀螺兩路角速度信號分別利用兩個標準SPI接口進行數(shù)據(jù)采集處理，ARM與上位機通信利用擴充SPI接口。兩個標準SPI對其配置為主模式，并為外部從設備提供通信時鐘SCK，保證信號的實時性采集和處理，擴充SPI由于部分引腳與JTAG共享，這些引腳不受IO控制器控制，它們在每次復位后被默認保留為JTAG用途，因此要把引腳配置為SPI3，必須在調試時關閉JTAG并切換至SWD接口，或者在應用時同時關閉JTAG和SWD接口。

系統(tǒng)軟件采用模塊化設計，使用C語言編程實現(xiàn)，程序上進行數(shù)據(jù)濾波、誤差計算和數(shù)字標定，其中ARM主程序完成上電初始化，初始化完成后，打開中斷，采用循環(huán)方式等待A/D采集信號到來。在定時中斷程序中，將采集到的信號進行數(shù)字濾波后，計算角速度信號與基準信號之間的誤差量，通過算法進行誤差補償和數(shù)字標定。

本發(fā)明采用ARM的多個SPI接口，解決了撓性陀螺系統(tǒng)角速度的兩路信號采集處理、上位機數(shù)據(jù)通信的要求，已成功應用于某型號慣性測量單元中。

本發(fā)明實現(xiàn)信號采集、濾波、誤差計算和補償修正、與上位機通信等重要參數(shù)，簡化了電路設計，提高了系統(tǒng)可靠性；采用SPI同步接口采集數(shù)據(jù)和與上位機通信，克服了傳統(tǒng)RS232異步的通信方式，提高了系統(tǒng)抗干擾能力，且響應速度快，易于實現(xiàn)。

以上所述的僅是本發(fā)明的實施方式，在此應當指出，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構思的前提下，還可以做出改進，但這些均屬于本發(fā)明的保護范圍。