一種基于溫差發電的mems姿態傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種姿態傳感器，尤其涉及一種基于溫差發電的MEMS姿態傳感器，屬于傳感器控制領域。
【背景技術】
[0002]傳統的姿態測量系統采用捷聯式慣導系統(SINS)，相比平臺式慣導系統而言，其具有體積相對更小，成本相對更低，易于安裝和維護并且可靠性更高的有點，因此，捷聯慣導系統在飛行器導航和姿態測量中得到了廣泛的研究和應用。
[0003]然而，傳統的姿態測量系統包括捷聯式慣導普遍具有體積大，重量大，復雜程度高等特點，使得傳統的姿態測量系統無法應用于日常應用。同時，傳統的捷聯慣導系統一般需要一個尋北系統的輔助來獲得載體的方位角，但是傳統的尋北系統多為基于陀螺的系統，其體積和復雜度也是日常應用所無法接受的。可見，對于對體積具有嚴格限制的嵌入式系統而言，需要研制一種小型的姿態測量系統來滿足其姿態測量的要求。MEMS技術和MR技術的快速發展，為研制這種低成本，小體積，高集成度的姿態測量系統提供了可能，從而可以使得對體積和成本敏感的系統具有姿態測量的能力。
[0004]隨著微機電系統(MEMS)技術在微型化技術基礎上，結合了電子、機械、材料等多種學科交叉融合的前沿科研領域的不斷發展與成熟，從而出現了很多基于MEMS技術的傳感器，此類傳感器具有體積小、重量輕、低功耗、多功能等優點，在電子產品、航空航天、機械化工等行業中得到了廣泛應用。
[0005]傳感器的溫度補償方法大致可以分為兩種，即硬件補償和軟件補償。硬件補償方法主要是改變電路來達到補償效果，但是這種方法會導致電路的復雜化，同時提高了成本。軟件補償方法主要有最小二乘法、BP神經網絡法、回歸法等。從計算的方便性和補償精度的準確性兩個方面，本文采取最小二乘法進行溫度補償。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型所要解決的技術問題是針對【背景技術】的不足提供了一種具有溫度補償的MEMS姿態傳感器。
[0007]本實用新型為解決上述技術問題采用以下技術方案:
[0008]一種具有溫度補償的MEMS姿態傳感器，包含姿態檢測模塊、溫度檢測模塊、溫度補償模塊、模數轉換模塊、微控制器模塊、顯示模塊和電源模塊，所述姿態檢測模塊和溫度檢測模塊分別通過依次連接的溫度補償模塊、模數轉換模塊連接微控制器模塊，所述顯示模塊連接在微控制器模塊的相應端口上，所述電源模塊分別與姿態檢測模塊、溫度檢測模塊、溫度補償模塊、模數轉換模塊、微控制器模塊和顯示模塊連接。
[0009]作為本實用新型一種基于溫差發電的MEMS姿態傳感器的進一步優選方案，所述微控制器模塊采用AVR系列單片機。
[0010]作為本實用新型一種基于溫差發電的MEMS姿態傳感器的進一步優選方案，所述溫度檢測模塊的芯片型號為DS18B20。
[0011]作為本實用新型一種基于溫差發電的MEMS姿態傳感器的進一步優選方案，所述模數轉換器的芯片型號為TMS320LF240。
[0012]作為本實用新型一種基于溫差發電的MEMS姿態傳感器的進一步優選方案，所述顯示模塊采用IXD顯示屏。
[0013]本實用新型采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果:
[0014]1、本實用新型體積小、重量輕、低功耗、多功能；
[0015]2、本實用新型傳感器根據輸入的檢測信號，通過姿態檢測模塊和溫度檢測模塊采集相關數據，然后經過溫度補償模塊進行相應的溫度補償，最后通過輸出檢測模塊可得到預期的檢測信號有效的消除或者減少隨溫度變化而引起的誤差。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型的結構原理圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本實用新型的技術方案做進一步的詳細說明:
[0018]如圖1所示，一種具有溫度補償的MEMS姿態傳感器，包含姿態檢測模塊、溫度檢測模塊、溫度補償模塊、模數轉換模塊、微控制器模塊、顯示模塊和電源模塊，所述姿態檢測模塊和溫度檢測模塊分別通過依次連接的溫度補償模塊、模數轉換模塊連接微控制器模塊，所述顯示模塊連接在微控制器模塊的相應端口上，所述電源模塊分別與姿態檢測模塊、溫度檢測模塊、溫度補償模塊、模數轉換模塊、微控制器模塊和顯示模塊連接。
[0019]其中，所述微控制器模塊采用AVR系列單片機，所述溫度檢測模塊的芯片型號為DS18B20。所述模數轉換器的芯片型號為TMS320LF240，所述顯示模塊采用IXD顯示屏。
[0020]本實用新型采用美國InvenSense公司生產的ITG-3205三軸陀螺儀芯片，該芯片中內嵌有數字輸出溫度傳感器，因此可以隨時檢測出傳感器所處的環境溫度。在不同的工作環境溫度下，傳感器實際角度輸出值與理論角度輸出值會出現一定的誤差，稱之為溫度誤差。為了消除或者減少這種溫度誤差，利用最小二乘法進行曲線擬合，最終達到或接近理論角度輸出值。
[0021]傳感器根據輸入的檢測信號，通過姿態檢測模塊和溫度檢測模塊采集相關數據，然后經過溫度補償模塊進行相應的溫度補償，最后通過輸出檢測模塊可得到預期的檢測信號。
[0022]本實用新型涉及的計算方法均屬于本領域人員公知常識，不屬于本實用新型的保護范圍。在同一溫度下，不同角度的理論值與輸出值之間嚴格意義上是一種非線性關系，但是由于這種誤差值相對不大，可以近似的認為是一種線性關系，即1 = mx+n的線性關系。通過最小二乘法進行線性擬合，可以得出參數m和η的值。
[0023]此時可以發現，在不同的溫度下，所擬合出來的m和η值是隨溫度的變化而變化的。在此情況下，必須找出溫度分別與m和η之間的關系，為此同樣可以根據最小二乘法再次進行曲線擬合，從而得出m值與溫度之間的關系。同理也可以得出η與溫度之間的關系。經過兩次曲線擬合之后，可以得出理論值與輸出值之間的誤差有了明顯的減小，并且滿足預期的要求。在實際應用中，為了達到高精度檢測的要求，可以通過測量多組數據進行曲線擬合的方法來實現。
[0024]綜上所述，本實用新型只保護硬件之間的連接關系及整體結構，不保護硬件所涉及的具體算法，以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特征和本實用新型的優點。本行業的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型范圍內。本實用新型要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【主權項】
1.一種基于溫差發電的MEMS姿態傳感器，其特征在于:包含姿態檢測模塊、溫度檢測模塊、溫度補償模塊、模數轉換模塊、微控制器模塊、顯示模塊和電源模塊，所述姿態檢測模塊和溫度檢測模塊分別通過依次連接的溫度補償模塊、模數轉換模塊連接微控制器模塊，所述顯示模塊連接在微控制器模塊的相應端口上，所述電源模塊包含依次連接的溫差電能收集器、電源能量管理電路，所述電能管理電路包含MPPT模塊、電能輸出接口、升壓電路和能量緩沖器；所述MPPT模塊的輸出端連接電能輸出接口的輸入端、所述電能輸出接口的輸出端連接升壓電路的輸入端，所述升壓電路的輸出端連接能量緩沖器的輸入端；所述電源模塊分別與姿態檢測模塊、溫度檢測模塊、溫度補償模塊、模數轉換模塊、微控制器模塊和顯不t旲塊連接。2.根據權利要求1所述的一種基于溫差發電的MEMS姿態傳感器，其特征在于:所述微控制器模塊采用AVR系列單片機。3.根據權利要求1所述的一種基于溫差發電的MEMS姿態傳感器，其特征在于:所述溫度檢測模塊的芯片型號為DS18B20。4.根據權利要求1所述的一種基于溫差發電的MEMS姿態傳感器，其特征在于:所述模數轉換器的芯片型號為TMS320LF240。5.根據權利要求1所述的一種基于溫差發電的MEMS姿態傳感器，其特征在于:所述顯示模塊采用IXD顯示屏。
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于溫差發電的MEMS姿態傳感器，包含姿態檢測模塊、溫度檢測模塊、溫度補償模塊、模數轉換模塊、微控制器模塊、顯示模塊和電源模塊，所述姿態檢測模塊和溫度檢測模塊分別通過依次連接的溫度補償模塊、模數轉換模塊連接微控制器模塊，所述顯示模塊連接在微控制器模塊的相應端口上，所述電源模塊包含依次連接的溫差電能收集器、電源能量管理電路，所述電能管理電路包含MPPT模塊、電能輸出接口、升壓電路和能量緩沖器；所述MPPT模塊的輸出端連接電能輸出接口的輸入端、所述電能輸出接口的輸出端連接升壓電路的輸入端，所述升壓電路的輸出端連接能量緩沖器的輸入端；所述電源模塊分別與姿態檢測模塊、溫度檢測模塊、溫度補償模塊、模數轉換模塊、微控制器模塊和顯示模塊連接。
【IPC分類】G01C21/00
【公開號】CN204963869
【申請號】CN201520595081
【發明人】涂善軍, 何斌, 楊宏江, 沈國慶, 吳月飛, 楊啟超
【申請人】南京博納威電子科技有限公司
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年8月8日