3DMS10X用户指南1文档格式.docx

1、航空航天电子系统;虚拟现实系统;平台稳定系统;机器人控制等。4. 工作原理及软硬件框图微型航姿参考系统（MAHRS 3DM-S10系列采用陀螺来测量载体的绝对角速率,然后载体的 姿态角（航向角、俯仰角和滚动角就可以通过陀螺输出数据的特定的解算方法来获得。加速度计 用于确定 3DM-S10系列初始姿态角,并修正并确定陀螺在水平方向（俯仰角和滚动角的漂移。三轴磁阻型磁强计用于提供方位角的初始对准以及修正陀螺的航向角漂移。微型航姿参考系统 （MAHRS 3DM-S10系列内部的嵌入式处理器中设计有传感器融合算法,重力测量值（通过加速 度计和磁北向测量值（通过磁力计有机融合并对漂移进行补偿,避免了因为

2、角速率数据的积分 运算带来的误差的无限累积。而微型航姿参考系统（MAHRS 3DM-S10系列相比无陀螺的电子罗 盘具有很大的优势, 在动态情况下它能够精确解算航姿, 而一般的电子罗盘只能在静态条件下运用, 在动态情况下无法得到精确的航姿信息。微型航姿参考系统（MAHRS 3DM-S10系列可以可靠提 供全姿态信息和原始数据,数据更新率可达到 100Hz 以上。图 2 微型航姿参考系统（MAHRS 3DM-S10系列硬件框图图 3 微型航姿参考系统（MAHRS 3DM-S10系列软件框图5. 规格表 1 3DM-S10A/B 绝对最大额定值性能指标 参 数 单位 供电电压 （Vss-Vdd -

3、0.3 +9 V 引脚电压范围 -7 +12 V 结温表 2 3DM-S10A/B 性能指标性能指标 参 数 单位 输出数据格式 原始数据、姿态角、四元数内部更新率启动时间 1 sec 静态角度误差（俯仰、滚动 0.1 degree 动态角度误差（俯仰、滚动 1.0 degree 静态角度误差（航向 0.5 degree 动态角度误差（航向 2 degree 航向角分辨率加速度计测量范围 2, 4, 8 g 加速度计零偏稳定性 0.003 （ 2g g 加速度计非线性 0.2 % - 速率陀螺测量范围 300, 500 , 2000 /sec 速率陀螺零偏稳定性 0.2 （ 在 300/秒时

4、/sec 速率陀螺非线性 0.2 % - 磁力计测量范围磁力计非线性 0.4 % - 磁力计零偏稳定性短时冲击 500 （Not reinforced表 3 3DM-S10A/B电气特性电气特性 最小 典型 最大 单位 供电电压 4.5 5.0 9.0 V 供电电流 40 60 80 mA 功耗 300 mW表 4 3DM-S10A/B物理特性物理特性 参 数 单位 尺寸 长 x 宽 x 高 mm 重量规定温度范围工作温度范围存储温度范围 -25 +80 C表 5 3DM-S10A/B 引脚定义序号名称功 能 供 电地A/B从陀螺仪、加速度计、磁力计以及内部温度传感器得到的数据,全部被传输到嵌

5、入式系统 -数字 信号处理器（DSP 中。数字信号处理器（DSP 依据特定的算法以及存储在 Flash 存储器中的标 定数据处理来自传感器的原始数据,作为其基本算法,微型航姿参考系统（MAHRS 3DM-S10系 列采用自适应卡尔曼滤波算法,该算法能够自动调整并适应不断变化的动态条件,而无需外部人为 的干预。微型航姿参考系统（MAHRS 3DM-S10系列产品均在特定的环境实验条件下,并参考已知温 度下的加速度、角速率和磁场进行全面的标定,并将标定数据输入每个产品中。用户可以通过 串口 收发接口接收航姿信息及原始数据,同时也可以通过命令方式进行交互操作（详见微型航姿参考系 统（MAHRS 3D

6、M-S10系列通信协议 。微型航姿参考系统（MAHRS 3DM-S10系列的供电电源 标准值为 DC+5.0V,数据线和电源线整合在一个接插装置中,方便使用,各引脚定义参见表 3。6. 机械尺寸微型航姿参考系统（MAHRS 3DM-S10系列尺寸如图 4所示。图 4 微型航姿参考系统（MAHRS 3DM-S10系列尺寸7 通讯协议及使用7.1 通讯接口及设置参数微型航姿参考系统（MAHRS 3DM-S10系列接口采用标准 RS232和 RS485A 串行接口,系 统加电后,程序在处理器中运行,并通过串行接口连接通讯,启动时间小于 1秒。接口参数设置如 表 6:表 6波特率 115200数据位数

7、 8校验位 无停止位 17.2 通讯协议结构微型航姿参考系统（MAHRS 3DM-S10系列的通讯协议采用统一的报文包结构形式,有效传 输数据长度为 0-255字节,总长度为 5-260字节。其结构形式如下:PRE BID MID LEN DATA CS表 7字节段 字节数 描 述PRE 1 字节 首字节,表示包起始（0xFA BID 1 字节 设备地址（默认:0x01MID 1 字节 报文种类（命令LEN 1 字节 数据长度DATA 0 255 字节 数据CS 1 字节 校验位首字节（起始字节 （PRE每个消息包都以该字节作为起始字节,是一个特定字节,本版本下首字节为 0xFA 。设备地址（

8、BID 每个微型航姿参考系统（MAHRS 3DM-S10A/都有的设备地址定义,默认为 0x01。报文种类（命令 （MID 该字节段表示何种报文（命令 ,具体意义见 7.3。数据长度 （LEN表示数据（DATA 的长度,取值为 0-255。如果为 0,表示无数据字节。数据 （DATA报文中包含的有效数据,数据大小由数据长度（LEN 限定。校验位（CS 该字节段为一个字节,是报文的校验字节。它是由除其本身外所有字节的异或（XOR 计算得 出。7.3 通讯协议一般每个报文包含特定的 MID 值,以及和报文种类（命令 MID 相对应的数据长度的数据。 3DM-S10系列数据输出方式包括:完全数据输出

9、方式（原始数据 ;完全数据输出方式（处理数据 ;姿态角输出方式;四元数输出方式;姿态角及四元数输出方式。7.3.1 输入报文格式输入报文内容包括:AHRS0 AHRS1, AHRS2, AHRS3, AHRS4 命令AHRS0命令 -完全数据输出方式（原始数据 ,连续输出 MID=0x80,单步输出 MID=0x81; AHRS1命令 -完全数据输出方式（处理数据 ,连续输出 MID=0x82,单步输出 MID=0x83; AHRS2命令 -姿态角输出方式,连续输出 MID=0x84,单步输出 MID=0x85;AHRS3命令 -四元数输出方式,连续输出 MID=0x86,单步输出 MID=0

10、x87;AHRS4命令 -姿态角及四元数输出方式,连续输出 MID=0x88,单步输出 MID=0x89;在收到输入报文后,微型航姿参考系统（MAHRS 3DM-S10A/B将立即响应,并执行相应的 命令,连续或单步输出相应报文信息。输入报文示例:AHRS1 命令 完全数据输出方式;输出报文:0xFA 0x01 0x82 0x00 0x790xFA 0x01 0x82 0x40 LL LH HL HH LL LH HL HH CS_（数据区 64字节 _/输出的报文前三个字节和输入报文相同,表示设备连接正常。第 4字节为数据长度 0x40, 表示数据区有 64个字节的有效数据,末尾字节 CS

11、为前面所有字节的异或（XOR 。7.3.2 输出报文格式如上面描述,用户可选择所需数据输出方式,输出报文格式如表 8所示。表 8:输出报文格式字节段 字节数 字节号 描 述PRE 1字节 0 首字节,表示包起始（0xFA BID 1字节 1 设备地址（默认:MID 1字节 2 报文种类（命令LEN 1字节 3 数据长度Data1 4字节 4-7 数据 Data1DataN 4字节 4N 数据 DataNCS 1字节 4（N+1 校验位3DM-S10系列实际数据输出报文如表 9至表 13所示。表 9:AHRS0命令 -完全数据输出方式（原始数据 ,连续输出 MID=0x80,单步输出 MID=0

12、x81 字节段 字节数 字节号 描 述MID 1字节 2 0x80（或 0x81LEN 1字节 3 0x40（64字节GyroX 4字节 4-7 X 轴陀螺角速率原始数据 （rad/sGyroY 4字节 8-11 Y 轴陀螺角速率原始数据 （rad/sGyroZ 4字节 12-15 Z 轴陀螺角速率原始数据 （rad/sAccX 4字节 16-19 X 轴加速度计原始数据 （mgAccY 4字节 20-23 Y 轴加速度计原始数据 （mgAccZ 4字节 24-27 Z 轴加速度计原始数据 （mgMagX 4字节 28-31 X 轴磁强计原始数据 （mguassMagY 4字节 32-35 Y

13、 轴磁强计原始数据 （mguassMagZ 4字节 36-39 Z 轴磁强计原始数据 （mguassQuat0 4字节 40-43 四元数 1 W （scalarQuat1 4字节 44-47 四元数 2 XQuat2 4字节 48-51 四元数 3 YQuat3 4字节 52-55 四元数 4 ZRoll 4字节 56-59 滚动角 （degPitch 4字节 60-63 俯仰角 （degYaw 4字节 64-67 方位角 （degCS 1字节 68 校验位PRE 1字节 0 首字节,表示包起始（0xFA BID 1字节 1 设备地址（默认:MID 1字节 2 0x82（或 0x83GyroX 4字节 4-7 X 轴陀螺角速率 （rad/sGyroY 4字节 8-11 Y 轴陀螺角速率 （rad/sGyroZ 4字节 12-15 Z 轴陀螺角速率 （rad/sAccX 4字节 16-19 X 轴加速度计 （mgAccY 4字节 20-23 Y 轴加速度计 （mgAccZ 4字节 24-27 Z 轴加速