专利名称：陀螺仪传感器校准装置及校准方法
技术领域：
本发明涉及一种陀螺仪传感器校准装置及校准方法。
背景技术：
现有技术中的陀螺仪传感器，均存在温漂问题，这就给一些要求动态性能高的智 能仪器设备的企业带来很大的不便。虽然一些价格较高的陀螺仪传感器，与价格较为便宜 的陀螺仪传感器相比，其温漂问题是减轻了，但是增加了企业的经济负担。鉴于此，对陀螺 仪传感器进行校准，就成了很多企业降低成本的一种方式，然而现有技术中的针对陀螺仪 传感器进行校准的装置，其校准的效率比较低，不能批量对陀螺仪传感器的角速度和加速 度进行校准，而且大部分工序还是需要人工来操作。发明内容
针对现有技术中的不足，本发明提供了一种陀螺仪传感器校准装置及校准方法， 以解决现有技术中的陀螺仪传感器校准装置无法进行批量校准的问题，主要是在温控箱下 批量校准搭载有MCU控制芯片、陀螺仪传感器和加速度传感器的电路板。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种陀螺仪传感器校准装置，包括CAN总线、 固定台、校准电路板、可固定多块传感器板的旋转架、带动旋转架旋转的电机和人机交互显 示板，所述固定台由底板和对称设置在底板两侧的侧板组成，所述校准电路板置于所述底 板上，所述旋转架的转轴两端分别安装在位于所述底板两侧的所述侧板上，所述旋转架上 设有供传感器板通电和通讯的传感器插槽装置，该传感器插槽装置与所述CAN总线连接， 所述电机安装在所述侧板的侧面，且与所述旋转架的转轴连接，所述侧板上还设有控制电 机运转和对旋转架进行位置检测的光电限位开关，所述校准电路板和所述人机交互显示板 均与所述CAN总线连接。
本技术方案中，旋转架上可以固定多块传感器板进行校准，很好地实现了批量校 准的目的，将传感器插槽装置、校准电路板和人机交互显示板均接入CAN总线，采用了工业 总线CAN协议的通讯手段，其可靠性、稳定性和抗干扰性强，整个装置的整体结构设计，能 够自动寻找并分配ID地址，基本上不需要人工参与校准过程，因此其自动化智能化程度 高，由于其不针对特定的陀螺仪传感器进行校准，因此高低价位的陀螺仪传感器均可校准， 方便且节约了企业的成本。
为保证能够很好地达到批量校准的目的，所述旋转架的数量至少为4个，所有旋 转架在同一水平高度上平行安装在所述侧板上，且每一个旋转架对应安装一个电机和一个 校准电路板。
为了让传感器板能够很方便地安装在旋转架上，所述旋转架上设有供传感器板固 定的金属柱。
为了能更好的控制电机和旋转架的旋转角度，每个电机与旋转架构成的单元均设 置两个所述光电限位开关。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种陀螺仪传感器校准方法，包括以下步 骤第一步，将待检测的传感器板固定在陀螺仪传感器校准装置的旋转架上，将传感器板 通过数据线接入传感器插槽装置，传感器板即与CAN总线连接；第二步，将陀螺仪传感器校准装置水平放置于温控箱内部，设定温控箱的温度-时间 曲线；第三步，人机交互显示板对校准电路板和传感器板进行地址ID解析；第四步，人机交互显示板发送校准命令到所有校准电路板，然后人机交互显示板进入 监听状态；第五步，校准电路板对传感器板上的传感器进行角速度校准和角度校准；第六步，校准电路板对传感器板上的传感器进行角速度校验和角度校验；第七步，整个校准过程结束。
在第三步中，具体由如下步骤组成步骤301，人机交互显示板发送命令查找总线上的校准电路板，人机交互显示板记录有 回应的校准电路板地址，并且记录校准电路板的个数N ；步骤302，人机交互显示板开始向第i个校准电路板发送传感器地址获取命令，其中i 从I开始；步骤303，第i块校准电路板收到该命令后，开始让对应的电机旋转；步骤304，校准电路板等待电机旋转稳定之后，向CAN总线发送一个角速度测试命令， 该命令中附带了校准电路板的地址，传感器板收到角速度测试命令之后，判断是否已经保 存过校准电路板地址，如果已经保存，则无响应，如果尚未保存，传感器板则判断当前角速 度值是否在预定的范围内，如果是，则默认是对应到该校准电路板，然后保存命令中的校准 电路板地址,如果不是,则无响应；步骤305，等待100ms，电机停止转动；步骤306，校准电路板发送探寻地址命令到CAN总线，等待传感器板回应，传感器板收 到探寻地址命令之后，对比命令中所含有的地址与自己所保存的校准电路板地址是否一 致,如果一致,则延时随机的一个时间之后，向CAN总线发送自己的MCU地址，如果不一致， 则不响应；步骤307，校准电路板等待所有传感器板地址值的返回，不管所有传感器板的地址值是 否全部返回，均进入步骤308 ；步骤308，校准电路板按照传感器板的MCU地址大小分配给各个MCU地址序号；步骤309，校准电路板发送地址解析过程结束指令到人机交互显示板，人机交互显示板 判断i是否等于N，如果等于，则进入第四步，如果不等于，则进入步骤302 ；在第五步中，具体由如下步骤组成步骤501，所有校准电路板收到开始校准命令之后，电机开始转动，使旋转架位置归零；步骤502，校准电路板发送归零命令到传感器板，传感器板收到归零命令后，开始校零， 延时，校准电路板查询传感器板校零是否完成，如果完成，则进入步骤503，如果未完成，重 新开始步骤502 ；步骤503，电机开始旋转，待电机旋转速度稳定之后，校准电路板发送角速度校准命 令到传感器板，传感器板收到角速度命令之后，开始进行角速度校准，延时，校准电路板查 询完成角速度校准状态，如果全部完成，则进入步骤504，如果未全部完成，重新开始步骤503；步骤504，电机转到设定角度位置后停止旋转，校准电路板发送角度校准命令到传感 器板，传感器板收到角度校准命令之后，开始进行角度校准，延时，校准电路板查询传感器 板完成角度校准状态，如果全部完成，则进入步骤505，如果未全部完成，则重新开始步骤504；步骤505，旋转架旋转至水平基准位置，校准结束。
在第六步中，具体由如下步骤组成步骤601，校准电路板发送归零命令到传感器板，传感器收到归零命令后，开始校零，延 时，校准电路板查询传感器校零是否完成，如果完成，则进入步骤602，如果未完成，重新开 始步骤601 ；步骤602，电机开始旋转，待电机旋转速度稳定之后，校准电路板发送角速度校验命令 到传感器板，传感器板收到角速度校验命令之后，开始进行角速度校验，对比角速度数据是 否和校准时的数据接近或一致，延时，校准电路板查询完成角速度校验状态；步骤603，电机转到设定角度位置后停止旋转，校准电路板发送角度校验命令到传感器 板，传感器板收到角度校验命令后，开始进行角度校验，对比角度数据是否和校准时的数据 接近或一致，延时，校准电路板查询传感器板完成角度校验状态，校验过程结束。
在校准和校验过程中，温控箱的温度变化设定为三个过程第一个过程，温控箱的 温度降温到_25°C，在_25°C停留10分钟；第二个过程，从_25°C开始升温，用2小时升温到 650C ;第三个过程，在65°C停留10分钟。
温控箱温度缓升期间，校准电路板连续进行150次的校准，其中满足70次校准校 验正确的数据保存进传感器板的MCU的flash空间。
本发明的校准装置具有如下有益技术效果(1)很好地实现了对陀螺仪传感器的批量校准，解决了陀螺仪传感器在未校准之前因 温漂带来的输出数据偏离零点的问题，让陀螺仪传感器校准的效率得到了提高；(2)本装置采用现代工业总线CAN协议作为通讯手段，其可靠性、稳定性和抗干扰性强；(3)本装置自动化智能化程度高，能够自动寻找并分配ID地址，基本无需人工参与操作；(4)高低价位的陀螺仪均可校准，方便节约企业的成本。
本发明的校准方法具有如下有益技术效果(1)校准时的温度控制十分合理，通过三个过程的温度环境的不同变化，增加了校准陀 螺仪传感器的准确性；(2)在校准的过程中，增加的校验数据的过程，避免了校准的误差；(3)整个校准的方法是针对批量陀螺仪传感器的校准而设计，因此解决了现有技术中 无法大批量校准陀螺仪传感器的难题。
图1为本发明所述陀螺仪传感器校准装置的立体结构示意图。
图2为图1中固定台与其他部件连接的主视图。
图3为本发明所述校准装置的实施例的CAN总线连接示意图。
图4为本发明实施例所述校准方法的工作流程图。
图中11_底板，12-侧板，2-校准电路板，3-旋转架，4-电机，5-人机交互显示板， 6-传感器插槽装置，7-光电限位开关，8-金属柱。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例如图1和图2所示，一种陀螺仪传感器校准装置，包括CAN总线、固定台、校准电路板2、 可固定多块传感器板的旋转架3、带动旋转架3旋转的电机4和人机交互显示板5。所述固 定台由底板11和对称设置在底板11两侧的侧板12组成，所述校准电路板2置于所述底板 11上，所述旋转架3的转轴两端分别安装在位于所述底板11两侧的所述侧板12上。所述 旋转架3上设有供传感器板通电和通讯的传感器插槽装置6，该传感器插槽装置6与所述 CAN总线连接。所述电机4安装在所述侧板12的侧面，且与所述旋转架3的转轴连接。所 述侧板12上还设有控制电机4运转和对旋转架3进行位置检测的光电限位开关7。所述校 准电路板2和所述人机交互显示板5均与所述CAN总线连接。为保证能够很好地达到批量 校准的目的，所述旋转架3的数量为4个(多于4个也可以，主要是针对温控箱的大小来决 定)，所有旋转架3在同一水平高度上平行安装在所述侧板12上，且每一个旋转架3对应安 装一个电机4和一个校准电路板2。为了让传感器板能够很方便地安装在旋转架3上，所述 旋转架3上设有供传感器板固定的金属柱8。为了能更好的控制电机4和旋转架3的旋转 角度，每个电机4与旋转架3构成的单元均设置两个所述光电限位开关7。
如图3所示，图3为本发明所述校准装置的实施例的CAN总线连接示意图。从图3 中可以看出，将传感器板、校准电路板2和人机交互显示板5均接入CAN总线，采用了工业 总线CAN协议的通讯手段，其可靠性、稳定性和抗干扰性就比较强。
本实施例公开的陀螺仪传感器校准装置，4个旋转架3上共可以固定16块传感器 板进行校准，很好地实现了批量校准的目的，整个装置的整体结构设计，能够自动寻找并分 配ID地址，基本上不需要人工参与校准过程，因此其自动化智能化程度高，由于其不针对 特定的陀螺仪传感器进行校准，因此高低价位的陀螺仪传感器均可校准，方便且节约了企 业的成本。
如图4所示，图4为本实施例所述校准方法的工作流程图。一种陀螺仪传感器的 校准方法，包括以下步骤S401，第一步，将待检测的传感器板固定在陀螺仪传感器校准装置的旋转架3上，将传 感器板通过数据线接入传感器插槽装置，传感器板即与CAN总线连接；S402，第二步，将陀螺仪传感器校准装置水平放置于温控箱内部，设定温控箱的温度-时间曲线；S403，第三步，人机交互显示板5发送命令查找CAN总线上的校准电路板2 ；S404，第四步，人机交互显示板5记录有回应的校准电路板2地址，并且记录校准电路板2的个数N ；S405，第五步，人机交互显示板5开始向第i个校准电路板2发送传感器地址获取命令，其中i从I开始；S406，第六步，第i块校准电路板2收到该命令后,开始让对应的电机4旋转；S407，第七步，校准电路板2等待电机4旋转稳定之后，向CAN总线发送一个角速度测试命令，该命令中附带了校准电路板2的地址，传感器板收到角速度测试命令之后，判断是否已经保存过校准电路板2地址，如果已经保存，则无响应，如果尚未保存，传感器板则判断当前角速度值是否在预定的范围内，如果是，则默认是对应到该校准电路板2，然后保存命令中的校准电路板2地址，如果不是，则无响应；S408，第八步，待第七步结束之后，等待100ms，电机4停止转动；S409，第九步，校准电路板2发送探寻地址命令到CAN总线，等待传感器板回应，传感器板收到探寻地址命令之后，对比命令中所含有的地址与自己所保存的校准电路板2地址是否一致,如果一致,则延时随机的一个时间之后，向CAN总线发送自己的MCU地址，如果不一致，则不响应；S410，第十步，校准电路板2等待所有传感器板地址值的返回，不管所有传感器板的地址值是否全部返回，均进入第十一步；S411，第i^一步，校准电路板2按照传感器板的MCU地址大小分配给各个MCU地址序号;S412，第十二步，校准电路板2发送地址解析过程结束指令到人机交互显示板5，人机交互显示板5判断i是否等于N，如果等于，则进入第十三步，如果不等于，则进入第五步； S413，第十三步，人机交互显示板5发送开始校准命令到所有校准电路板2，然后人机交互显示板5进入监听状态；S414，第十四步，所有校准电路板2收到开始校准命令之后，电机4开始转动，使旋转架 3位置归零；S415，第十五步，校准电路板2发送归零命令到传感器板，传感器板收到归零命令后， 开始校零，延时，校准电路板2查询传感器板校零是否完成，如果完成，则进入第十六步，如果未完成，重新开始第十五步；S416，第十六步，电机4开始旋转，待电机4旋转速度稳定之后，校准电路板2发送角速度校准命令到传感器板，传感器板收到角速度命令之后，开始进行角速度校准，延时，校准电路板2查询完成角速度校准状态，如果全部完成，则进入第十七步，如果未全部完成，重新开始第十六 步；S417，第十七步，电机4转到设定角度位置后停止旋转，校准电路板2发送角度校准命令到传感器板，传感器板收到角度校准命令之后，开始进行角度校准，延时，校准电路板2 查询传感器板完成角度校准状态，如果全部完成，则进入第十八步，如果未全部完成，则重新开始第十七步；S418，第十八步，一次校准结束，旋转架3旋转至水平基准位置，然后进入校验过程；S419，第十九步，校准电路板2发送归零命令到传感器板，传感器收到归零命令后，开始校零，延时，校准电路板2查询传感器校零是否完成，如果完成，则进入第二十步，如果未完成，重新开始第十九步；S420，第二十步，电机4开始旋转，待电机4旋转速度稳定之后，校准电路板2发送角速度校验命令到传感器板，传感器板收到角速度校验命令之后，开始进行角速度校验，对比角速度数据是否和校准时的数据接近或一致，延时，校准电路板2查询完成角速度校验状态； S421，第二i^一步，电机4转到设定角度位置后停止旋转，校准电路板2发送角度校验命令到传感器板，传感器板收到角度校验命令后，开始进行角度校验，对比角度数据是否和校准时的数据接近或一致，延时，校准电路板2查询传感器板完成角度校验状态，校验过程结束；S422，第二十二步，整个校准过程结束。
本实施例的校准和校验过程中，温控箱的温度变化设定为三个过程第一个过程， 温控箱的温度以最大降温速率(不同的温控箱，其降温速率的最大值不同，因此最大降温速率的数值根据实际情况而设定)降温到_25°C，在_25°C停留10分钟；第二个过程，从_25°C 开始升温，用2小时升温到65°C;第三个过程，在65°C停留10分钟。温控箱温度缓升期间， 校准电路板2连续进行150次的校准，其中满足70次校准校验正确的数据保存进传感器板的MCU的flash空间。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
权利要求
1.一种陀螺仪传感器校准装置，其特征在于包括CAN总线、固定台、校准电路板、可固定多块传感器板的旋转架、带动旋转架旋转的电机和人机交互显示板，所述固定台由底板和对称设置在底板两侧的侧板组成，所述校准电路板置于所述底板上，所述旋转架的转轴两端分别安装在位于所述底板两侧的所述侧板上，所述旋转架上设有供传感器板通电和通讯的传感器插槽装置，该传感器插槽装置与所述CAN总线连接，所述电机安装在所述侧板的侧面，且与所述旋转架的转轴连接，所述侧板上还设有控制电机运转和对旋转架进行位置检测的光电限位开关，所述校准电路板和所述人机交互显示板均与所述CAN总线连接。
2.根据权利要求1所述的陀螺仪传感器校准装置，其特征在于所述旋转架的数量至少为4个，所有旋转架在同一水平高度上平行安装在所述侧板上，且每一个旋转架对应安装一个电机和一个校准电路板。
3.根据权利要求1或2所述的陀螺仪传感器校准装置，其特征在于所述旋转架上设有供传感器板固定的金属柱。
4.根据权利要求1或2所述的陀螺仪传感器校准装置，其特征在于每个电机与旋转架构成的单元均设置两个所述光电限位开关。
5.一种陀螺仪传感器校准方法，其特征在于，包括以下步骤 第一步，将待检测的传感器板固定在陀螺仪传感器校准装置的旋转架上，将传感器板通过数据线接入传感器插槽装置，传感器板即与CAN总线连接； 第二步，将陀螺仪传感器校准装置水平放置于温控箱内部，设定温控箱的温度-时间曲线； 第三步，人机交互显示板对校准电路板和传感器板进行地址ID解析； 第四步，人机交互显示板发送校准命令到所有校准电路板，然后人机交互显示板进入监听状态； 第五步，校准电路板对传感器板上的传感器进行角速度校准和角度校准； 第六步，校准电路板对传感器板上的传感器进行角速度校验和角度校验； 第七步，整个校准过程结束。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在第三步中，具体由如下步骤组成 步骤301，人机交互显示板发送命令查找总线上的校准电路板，人机交互显示板记录有回应的校准电路板地址，并且记录校准电路板的个数N ； 步骤302，人机交互显示板开始向第i个校准电路板发送传感器地址获取命令，其中i从I开始； 步骤303，第i块校准电路板收到该命令后，开始让对应的电机旋转； 步骤304，校准电路板等待电机旋转稳定之后，向CAN总线发送一个角速度测试命令，该命令中附带了校准电路板的地址，传感器板收到角速度测试命令之后，判断是否已经保存过校准电路板地址，如果已经保存，则无响应，如果尚未保存，传感器板则判断当前角速度值是否在预定的范围内，如果是，则默认是对应到该校准电路板，然后保存命令中的校准电路板地址,如果不是,则无响应； 步骤305，等待100ms，电机停止转动； 步骤306，校准电路板发送探寻地址命令到CAN总线，等待传感器板回应，传感器板收到探寻地址命令之后，对比命令中所含有的地址与自己所保存的校准电路板地址是否一致,如果一致,则延时随机的一个时间之后，向CAN总线发送自己的MCU地址，如果不一致，则不响应； 步骤307，校准电路板等待所有传感器板地址值的返回，不管所有传感器板的地址值是否全部返回，均进入步骤308 ； 步骤308，校准电路板按照传感器板的MCU地址大小分配给各个MCU地址序号； 步骤309，校准电路板发送地址解析过程结束指令到人机交互显示板，人机交互显示板判断i是否等于N，如果等于，则进入第四步，如果不等于，则进入步骤302。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在第五步中，具体由如下步骤组成 步骤501，所有校准电路板收到开始校准命令之后，电机开始转动，使旋转架位置归零； 步骤502，校准电路板发送归零命令到传感器板，传感器板收到归零命令后，开始校零，延时，校准电路板查询传感器板校零是否完成，如果完成，则进入步骤503，如果未完成，重新开始步骤502 ； 步骤503，电机开始旋转，待电机旋转速度稳定之后，校准电路板发送角速度校准命令到传感器板，传感器板收到角速度命令之后，开始进行角速度校准，延时，校准电路板查询完成角速度校准状态，如果全部完成，则进入步骤504，如果未全部完成，重新开始步骤503； 步骤504，电机转到设定角度位置后停止旋转，校准电路板发送角度校准命令到传感器板，传感器板收到角度校准命令之后，开始进行角度校准，延时，校准电路板查询传感器板完成角度校准状态，如果全部完成，则进入步骤505，如果未全部完成，则重新开始步骤504； 步骤505，旋转架旋转至水平基准位置，校准结束。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在第六步中，具体由如下步骤组成 步骤601，校准电路板发送归零命令到传感器板，传感器收到归零命令后，开始校零，延时，校准电路板查询传感器校零是否完成，如果完成，则进入步骤602，如果未完成，重新开始步骤601 ； 步骤602，电机开始旋转，待电机旋转速度稳定之后，校准电路板发送角速度校验命令到传感器板，传感器板收到角速度校验命令之后，开始进行角速度校验，对比角速度数据是否和校准时的数据接近或一致，延时，校准电路板查询完成角速度校验状态； 步骤603，电机转到设定角度位置后停止旋转，校准电路板发送角度校验命令到传感器板，传感器板收到角度校验命令后，开始进行角度校验，对比角度数据是否和校准时的数据接近或一致，延时，校准电路板查询传感器板完成角度校验状态，校验过程结束。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在校准和校验过程中，温控箱的温度变化设定为三个过程第一个过程，温控箱的温度降温到_25°C，在_25°C停留10分钟；第二个过程，从_25°C开始升温，用2小时升温到65°C ;第三个过程，在65°C停留10分钟。
10.根据权利要求5或9所述的方法，其特征在于温控箱温度缓升期间，校准电路板连续进行150次的校准，其中满足70次校准校验正确的数据保存进传感器板的MCU的flash空间。
全文摘要
本发明公开了一种陀螺仪传感器校准装置，包括CAN总线、固定台、校准电路板、可固定多块传感器板的旋转架、带动旋转架旋转的电机和人机交互显示板，所述固定台由底板和对称设置在底板两侧的侧板组成，所述校准电路板置于所述底板上，所述旋转架的转轴两端分别安装在位于所述底板两侧的所述侧板上，所述旋转架上设有供传感器板通电和通讯的传感器插槽装置，该传感器插槽装置与所述CAN总线连接，所述电机安装在所述侧板的侧面，且与所述旋转架的转轴连接，所述侧板上还设有控制电机运转和对旋转架进行位置检测的光电限位开关，所述校准电路板和所述人机交互显示板均与所述CAN总线连接。本发明还公开了一种陀螺仪传感器的校准方法。
文档编号G01C25/00GK103017785SQ20111028733
公开日2013年4月3日 申请日期2011年9月26日 优先权日2011年9月26日
发明者郭盖华, 李星乐, 周伟 申请人:东莞易步机器人有限公司