论文总字数：32464字

摘 要

随着传感器的广泛使用，姿态测量传感器已经是很多设备中不可缺少的部分，尤其是在四旋翼飞控系统中。本课题主要完成对九轴陀螺仪MPU6050及三轴数字罗盘HMC5883L的原理研究、数据获取。

本文首先研究了电子陀螺仪的内部结构及工作原理，对角度测量进行了优化和完善；然后对磁极检测功能进行分析研究，通过DSP F28335 I2C 实现磁极数据采集和处理；最后针对DSP F28335内存统一编址特点进行了内存重分配规律研究及分配规则设计，使一般用户能够利用其进行简单有效的内存合理分配，保证程序能正常运行。

实验表明，DSP F28335能稳定的获得旋转角度和磁极方向数据，通过两个数据整合，能动态获得飞行器在空中的方向位置数据，已提供给控制器控制飞机飞行方向。内存分配方面，已通过对理论方法的研究并实践，做出具体实例。

关键词：偏航角 磁极 内存分配

Magnetic pole detection and inclination measurement system

Abstract

In many areas of the application of sensors more and more widely.attitude measurement sensor is already an indispensable part of many devices, especially in the four rotor system. This paper mainly completes the research and data acquisition of nine-axis gyroscope MPU6050 and three-axis digital compass HMC5883L.

In this paper, the internal structure and working principle of the electronic gyroscope are studied, and the angle measurement is optimized and improved. Then, the magnetic pole detection function is analyzed and studied. The DSP data acquisition and processing are realized by DSP F28335 I2C. Finally, The characteristics of the memory reallocation of the law of the law and the allocation of rules designed to enable users to use its simple and effective memory reasonable allocation to ensure the normal operation of the program.

Experiments show that the DSP F28335 can obtain the rotation angle and the magnetic pole direction data stably, and can obtain the position data of the aircraft in the air dynamically through the integration of two numbers, and has provided the controller to control the flight direction of the aircraft. On the memory allocation, has been through the theoretical method of research and practice, to make specific examples.

Key Words: Yaw angle; Magnetic pole; Memory allocation

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 设计背景和意义 1

1.2 目前相关技术的发展概况 1

1.3 设计方案选择 2

1.3.1 硬件选择 2

1.3.2 软件实现选择 4

1.4 系统组成概述 5

第二章 关键技术原理 7

2.1 倾角测量及磁极检测 7

2.1.1 九轴陀螺仪MPU6050 7

2.1.2 数字罗盘HMC5883L 9

2.2 DSP IIC原理 11

2.3 卡尔曼滤波算法原理 14

第三章 倾角测量及磁极检测软件实现 16

3.1 数据采集思路 16

3.2 倾角测量 16

3.2.1 问题分析及解决方案 16

3.2.2 数据采集的实现 20

3.3 磁极检测 22

3.3.1 问题分析及解决方案 22

3.3.2 数据采集的实现 24

3.4 卡尔曼滤波算法 26

第四章 内存重分配 29

4.1 内存重分配策略 29

4.2 存储空间大小分配 31

4.2.1 程序与数据存储空间大小分配 31

4.2.2 运行堆栈的大小分配 32

4.3 存储位置分配 33

4.4 内存重分配实例分析 34

第五章 总结与展望 37

5.1 总结 37

5.2 展望 37

参考文献 39

致谢 41

附录 42

第一章 绪论

1.1 设计背景和意义

随着配套硬件以及传感器技术等的迅速发展，生活水平的提高，人们对智能化设备的要求也越来越高，其中磁极检测及倾角测量在很多领域都起到了十分重要的作用，包括安全、工业自动化、汽车、通信、水利、航空航海等，且在这部分领域中，精确便捷的磁极检测及倾角监测都是精确有效控制的基础，有较大的应用前景。在四旋翼飞控领域姿态测量传感器是十分重要的一部分。而目前倾角测量及磁极检测传感器品种繁多，在测量精度、采集数据的准确性、抗干扰性能、模块功耗等方面各有不同。在四旋翼的传感器网络系统中，姿态传感器需不停的将运动体的检测数据传送给微处理器，这些数据按照一定的时间间隔进行传送，由于检测数据随运动体姿态变化，同时受到环境、噪声、周围设备的影响，使得数据存在较大的误差，甚至变化很大。因此，选择何种算法，如何实现算法，以实现及时对数据的准确预测，减小误差，确保运动体姿态测量数据的高速稳定同样是一个难题。

目前市面上进行姿态数据采集所使用的微控制器各有特点，具有稳定高速数据处理能力的微控制器也是设计所追求的目标之一。本课题使用的微处理器为DSP TMS320F28335，具有150MHz的数据处理能力和32位浮点处理单元，从而能够简化系统的开发，缩短开发时间。可实现磁极检测及倾角测量所要求的高速精确方便。但在实际应用中发现，可能会出现程序较大或由于其他原因，其内部统一编址的数据存储空间和程序存储空间无法完存储数据及代码，需要对数据及代码的存储空间地址进行再次分配，由于其内部集成了存储空间较大的存储介质，因此可实现拓展程序存储空间，可通过修改命令连接文件(CDM)实现，优化原有存储空间，充分利用其内存资源。因此对其进行研究具有重要的意义。

1.2 目前相关技术的发展概况

磁极检测及倾角检测已经发展了较长的时间，在过去的几十年中，角度检测的精确程度也提高了很多。很多重要的测控仪器，如陀螺转台、惯导平台、经纬仪、空间望远镜、导弹发射架等系统中一般都需要使用角度传感器，用于测量运动体的相对转角^[1]。随着检测及控制技术的发展，系统对检测及控制精确度的要求越高。然而，角度检测仍然存在很多的问题，主要有：精度低而且只有在测量角度较小时才能得到较为准确的值，但相应的精度的提高使得产品的尺寸和重量越大，但是减小传感器体积存在很大的技术困难，首先是可变的动态的范围小，对关键元件的要求较为苛刻且环境要求高，最主要的还是可靠性低，很难和由其它设备采集的数据进行融合等，因此，目前对角度测量传感器的要求越来越高 ^[1]。

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