基于DSP的MEMS陀螺信号处理平台设计

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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/Hz1/2降低到约0.01°/s/Hz1/2,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。
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