3DM-S10X用户指南(1).

1、微型航姿参考系统MAHRS 3DM-S10A/B用户指南Version 1.312012年6月10日1.简介微型航姿参考系统（MAHRS 3DM-S10系列是一款微型的全姿态测量传感装置, 它由三轴MEMS陀螺、三轴MEMS加速度计、三轴磁阻型磁强计等三种类型的传 感器构成。三轴陀螺用于 测量载体三个方向的绝对角速率，三轴加速度计用于测量 载体三个方向的加速度，在系统工作中，主要作用是感知系统的水平方向的倾斜，并用 于修正陀螺在俯仰和滚动方向的漂移，三轴磁阻型磁 强计测量三维地磁强度，用于提 供方向角的初始对准以及修正航向角漂移。微型航姿参考系统3DM-S10系列，可提供的输出数据有：原始数据

2、、四元数、姿态数据等（产品外形如图1所示。3DM-S10AHIIIIII ；AnrTu4v Hr皿r.9忖斯3DM-S10A IIIIII I1图1微型航姿参考系统（MAHRS 3DM-S10系列外形（A型/ B型2.特性实时三轴惯性输出；大于100Hz的内部更新率；尺寸小、重量轻；低功耗;RS-232/RS-485A串行接口，方便连接。3. 应用领域车载控制系统；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

3、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

4、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 -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 ）.1 degree动态角度误差（俯仰、滚动 1.0 deg

5、ree静态角度误差（航向）.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, g加速度计零偏稳定性 0.003 ( 2 g加速度计 非线性0.2 % -速率陀螺测量范围 300, 500 , 200 ec速率陀螺零偏稳定性 土0.2 (在300 /秒时/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 rei nforced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-S10

6、A/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引脚定义名称功能供电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

7、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 3DM-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

8、 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（0xFABID 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

9、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 o设备地址（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 o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

10、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AHRSO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=0

11、x85;AHRS3命令-四元数输出方式，连续输出MID=0x86,单步输出MID=0x87;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 0x79输出报文：0xFA 0x01 0x82 0x40 LL LH HL HH LLLH 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

12、据 长度0x40,表示数据区有64个字节的有效数据，末尾字节CS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（OxFABID 1字节1设备地址（默认:0x01MID 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=0

13、x80,单步输出 MID=0x81字节段 字节数 字节号 描述PRE 1字节0首字节，表示包起始（0xFABID 1字节1设备地址（默认:0x01MID 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 丫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

14、 X轴磁强计原始数据（mguassMagY 4字节32-35 丫轴磁强计原始数据（mguassMagZ 4字节36-39 Z轴磁强计原始数据（mguassQuatO 4 字节 40-43 四元数 1 W （scalarQuatl 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校验位字节段字节数字节号描述PRE 1字节0首字节，表示包起始（OxFA BID 1字节1设备地址（默认:0x01MID 1

15、字节 2 0x82（或 0x83LEN 1字节3 0x40（64字节GyroX 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轴加速度计（mgMagX 4字节28-31 X轴磁强计（mguassMagY 4字节32-35 Y轴磁强计（mguassMagZ 4字节36-39 Z轴磁强计（mguassQuatO 4 字节 40-43 四元数 1 W （scalarQuat1

16、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校验位表11:AHRS2命令-姿态角输出方式，连续输出MID=0x84,单步输出MID=0x85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:0x01MID 1 字节 2 0x84（或 0x85LEN 1字节3 0x0C （12字节Roll 4字节4-7滚动角（degPitch 4字节8-11俯仰角（

17、degYaw 4字节12-15方位角（degCS 1字节16校验位字节段字节数字节号描述PRE 1字节0首字节，表示包起始（0xFABID 1字节1设备地址（默认:0x01MID 1 字节 2 0x86（或 0x87LEN 1字节3 0x10（16字节Quat0 4 字节 4-7 四元数 1 W （scalarQuat1 4字节8-11四元数2 XQuat2 4字节12-15四元数3 YQuat3 4字节16-19四元数4 ZCS 1字节20校验位表13: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字节段 字节数 字节号 描述PRE 1字节0首字节

18、，表示包起始（0xFABID 1字节1设备地址（默认:OxO1MID 1 字节 2 0x88（或 0x89LEN 1字节3 0x1C （28字节QuatO 4 字节 4-7 四元数 1 W （scalarQuat1 4字节8-11四元数2 XQuat2 4字节12-15四元数3 YQuat3 4字节16-19四元数4 ZRoll 4字节20-23滚动角（degPitch 4字节24-27俯仰角（degYaw 4字节28-31方位角（degCS 1字节32校验位8 SY2303ZJH驱动安装在光盘中,Driver目录下有SY2303ZJH的驱动安装程序,转接盒采用USB转 RS485/RS232

19、的方案,USB芯片采用PL-2303接口芯片。用户可使用配套光盘提供 的驱动，也可以到PL-2303官方网站下载该芯片的驱动程序并安装。双击安装程序PL2303_Prolific_Driverlnstaller_v1.6.0将出现如下界面（图5图5驱动安装启动PL-2303 Driver Installer rogram玖迎使用 PL-2303 USB-to-Seriil IiLEtULShild Tiiu-dInstallShild将在计算机中安装 PL-2303 USE-to-Serial.若宴继牍“谙单击“下一取消吓一步j 习图6驱动安装完成当出现图6所示界面后，点击 完成”这样就完成了

20、驱动的安装。当插上SY2303ZJH的USB电缆插头后，发现硬件，需要继续安装，完成后打开控制面板”的设备管理器”可以发现系统中就有了安装的虚拟串口 ，如图7所示，安 装后在端口中可以看到 安装的 COM 口 Prolific USB-to-Serial Bridge（COM4。图7安装后插上USB电缆出现COM 口9 Tin yC apture演示软件使用9.1 TinyCap ture 简介Tiny Capture软件是专门为3DM-S10系列微型航姿参考系统（MAHRS设计的演 示软件，主要用于3DM-S10X系列产品的演示和实验。主要功能：采用图形方式显示三轴陀螺、三轴加表、三轴磁阻等

21、的输出数据，显示解算得到的全方位姿态信息；采用三维图形（模型直观显示运动状态；记录实时测 试数据和操作记录。Tin yCapture软件采用绿色软件设计理念，免安装。Ti ny Capture软件启动运行后的界面如图8所示2设备管理器图8 Tin yC apture显示界面9.2设备连接及设置点击界面菜单“ Config弹出SetComPort界面如图9所示。通过下拉菜单可以选择设备地址 Device (Device1/Device2/ 对应地址为0x01、0x02、。也可选择Com端口，设置好后点 击“ OK ”图9 Tin yC apture选择串口和设备地址设置好设备地址和Com 口后，

22、就可以选择Device下拉菜单来连接设备了，或在 启动后断开连接。如图10所示图10 Tin yCapture选择连接或断开9.3显示数据曲线如果设置正确，连接设备后，在左边4个图形框中就可以实时显示数据曲线。这 4个图形框分别显示三轴陀螺、三轴加表、三轴磁阻的原始数据以及解算的姿态信 息（Roll/Pitch/Yaw。如图 11 所示。图11 3DM-S10B连接后数据和图像显示9.4显示三维图形（模型图11中，右图是微型航姿参考系统（MAHRS的运动姿态的三维图形显示画面 三维图形运动姿态和解算的姿态角相对应。为了提供更加直观的显示效果,TinyCapture软件还可以加载三维模型，目前版 本支持OBJ文件格式。加载模型可以在图形框点击右键，将出现如图12的界面。Petri c* CCnf i?urriC图12在图形框中右击，选择加载其它模型其中,Default Model是默认图形，而选择Load Model可加载三维模型文件，加载 界面如图13所示。T i nyCapt urcDetricB Cgnf i图13查找模型(ObjModel文件并选择当加载了 OBJ文件后，一个三维模型就被加载了，图14中就是加载了 plane.OBJ 文件后的效 果,可以看到一个三维模型飞机被加载并显示了。3DM - S10A/