基于MMA7361三轴加速度计传感器与LPA550陀螺仪的融合姿态检测

摘要：基于MMA7361三轴加速度传感器与LPA550陀螺仪测目标物的姿态角，利用两者精度在频域上的互补性，采用互补滤波的方法，实现数据融合，较好的解决了陀螺仪的漂移现象使测量姿态角精度不高的问题，并提高了系统的稳定性。

关键词：三轴加速度计；陀螺仪；互补滤波；姿态检测

中国分类号：TP274.2 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）25-5996-02

Integration of Gesture-Based Detection MMA7361 Triaxial Accelerometer Sensor and Gyro LPA550

LV Wei， ZHAO Wan-xin， CHEN Si-yi

（Information Engineering， Southwest University of Science and Technology， Mianyang 621000，China）

Abstract： Based on the attitude angle MMA7361 triaxial accelerometer and gyroscope LPA550 measured object， the use of both accuracy in the frequency domain complementary approach using complementary filtering， data fusion， the better solution gyro drift phenomenon makes measuring attitude angle accuracy is not high， and improve the stability of the system.

Key words： three-axis accelerometer； gyroscope； complementary filtering； attitude detection

LPA550LC又称角速度传感器，用于检测角速度，角速度是单位时间内旋转角度的变化。MMA7361LC是三轴加速度计传感器。使用互补滤波方法将LPA550LC和MMA7361动态融合的技术，可用于目标物的姿态检测，有两轮智能车，四轴飞行器等方面的应用。

1 基本原理

对于一个两轴陀螺仪LPA550来说，其有两个通道分别检测绕x，y轴的旋转。在一个三维坐标下，Rxz表示惯性力矢量在xz面的分量，Ryz表示惯性力矢量在yz面的分量。下面以8位ADC位例，其陀螺仪角度变化率与相应AD值存在如下关系：

对于MMA7361三轴加速度传感器，其检测到的是由于加速度计本身的加速度（沿某方向运动或则受重力作用）引起的方向相反的惯性力产生的反向加速度。在三维坐标下，通过ADC值将其转换为单位为g的矢量力的分量（以8位ADC为例）：Rx=（AdcRx*Vref/255-VzeroRate）/Sensitivity； Ry=（AdcRy*Vref/255-VzeroRate）/Sensitivity；Rz=（AdcRz*Vref/255-VzeroRate）/Sensitivity；

其中AdcRx，AdcRy，AdcRz为采集的ADC值.

如果系统沿某一坐标轴旋转时，经过单片机读取，其陀螺仪传感器将输出相应ADC值，根据值可判断系统的姿态，并将ADC值积分便可以得到其相应的倾角角度的变化。在对角速度计进行积分得到角速度时，由于陀螺仪本身易受噪声，温度，不稳定力矩等因素的影响，陀螺仪易产生漂移，通过积分后，产生角度偏差。加速度计在静止时数据是很真实的，用重力加速度计标定，但是运动产生的加速度和重力加速度的分量组合在一起，分不出来了，就不能够用于判定姿态。故采用将加速度计与陀螺仪的数据拟合起来的方法，且主要信任陀螺仪。

首先需要把陀螺仪与加速度计的测量值减去常值误差后，得到角速度与角加速度，并对角速度计进行积分，然后对陀螺仪和加速度计的数值进行融合，处理如下式：angle_new =（ A_gyro*（angle_old+Gyro_angle）+B_acc*Acc_angle）； 其中angle_new为拟合的角度值，A_gyro为陀螺仪的权重（90%以上），B_acc为加速度计的权重，Gyro_angle为陀螺仪得到的角度值，Acc_angle为加速度计得到的角度值，angle_old为对angle_new做的低通处理。

2 互补滤波融合过程

MA7361三轴加速度计用于测姿态角时随时间累加其精度较高，但短期内的效果较差。LPA550陀螺仪用于测姿态角时由于其自身存在的漂移现象随时间累加其精度也会降低。利用两者在频域上的互补性，采用互补滤波的方式可以较好的达到测姿态角的目的。

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