瞎画的IMU板子，拍砖吧各位。

Alex_rcpilot · 发表于 2008-7-23 00:28:56

一片ADXL330、三片ADIS16100、一个SR-88 GPS模块、一片Mega32-16单片机、一片3.3V的1117和一些连接器。

想试试看到底能做多小，所以第一次画PCB时在缩小体积上下了些功夫。板厚1mm，不同的板子之间使用半圆孔焊盘和SMD的焊盘连接起来。相对几何位置通过榫槽保证。

IMU (原文件名:PCB.jpg)

个人感觉不满意的地方：

ADXL330出来没有加放大器，虽说ADI的回执中说到只要输出电压不超出ADIS16100的±2V量程即可直连，但我仍然想加上放大
器，哪怕只是射随。

底板太挤，有些信号该放测试点的都没放。

GPS板的天线是用过孔引出来的，对阻抗产生未知的影响。应该乖乖按照手册上画的来布。

GPS板外侧的电池插座太厚，档住了下方底板上的M2螺丝孔，真做出来的话需要从背面穿短螺丝上来固定，螺母放在正面。

lyhummer · 发表于 2008-7-23 01:00:49

Alex_rcpilot · 发表于 2008-7-23 01:17:20

转换成PDF的原理图及PCBourdev_355690.pdf(文件大小:995K) (原文件名:IMU.pdf)

armboy · 发表于 2008-7-23 08:17:51

顶呀！板子画得很规矩，一看就是有传授的！能问一下，楼主现在是工作了还是在上学？

feng_matrix · 发表于 2008-7-23 08:33:52

漂亮，顶！
是否考虑加外壳呢？

Alex_rcpilot · 发表于 2008-7-23 10:52:51

to 【3楼】 armboy

承蒙夸奖，我06年毕业的。

这个板形是效仿舱身飞机的框架结构。对于三轴传感，板间垂直安装精度自然越高越好，使用普通连接器很难保证角度。仔细想想无论是弯针连接器还是板卡插槽，都无法保证90°的安装角，而且对于这么小的传感器来说，连接器实在太浪费板上空间。而PCB自身可以做出很漂亮的直角。因此我采用了榫槽结构。这样省去了连接器，而且能保证不同PCB之间刚性连接。半圆孔焊盘可以解决PCB横截面上无法走线的问题。

画成六面体也是一些特定因素使然。ADIS16100是Z轴敏感，因此不能像ENC03那样通过在板上旋转器件来改变敏感轴的方向。ADIS16100要检测三个轴就必须至少使用三块PCB。PCB安装是会占用空间的，一个物体在空间的三个平面上都有投影。在原理图已经固定下来的前提下，设备占用的板上总面积也基本固定。那两块必须要直立起来的PCB增大了设备在竖直平面上的投影面积（显著增加厚度），却没有从水平面投影中减去多少面积，这样是非常浪费空间的。既然三块PCB不可避免，又需要保证安装角度，那不如干脆就做成六面体。在安装空间吃紧的航空器上，结构紧凑的设备更受欢迎。

yuhang · 发表于 2008-7-23 10:58:28

漂亮

RickyZhou · 发表于 2008-7-23 11:05:28

漂亮！

不过做成六面体，检修会不会麻烦？

Alex_rcpilot · 发表于 2008-7-23 11:07:07

to【4楼】 feng_matrix

谢谢支持。

我是这样想的，IMU跟接收机一样处理：用海绵把整体包起来，GPS天线留在外面，固定在飞行器顶部。也可以利用底板上的四个安装孔把整体固定在一个柔性缓冲平台上，这个需要飞行器用户自己设计。总之外壳是起到机械上的保护作用，如果使用屏蔽罩，作用也应该是防止M32干扰IMU以外的东西。因为IMU上面需要屏蔽的东西已经由六面体的GND敷铜围在里面屏蔽起来了。

我发这个帖子主要还是想在原理图方面请教一下有经验的朋友。我对原理图不太满意。在MEMS方面没有经验，因此也害怕有些关键的地方没有加测试点，造成以后调试困难。请大家多挑毛病。我好尽早画出第二个版本来。

yuhang · 发表于 2008-7-23 11:18:42

要是各个板块全用军品插针连接，拆卸就方便了

Alex_rcpilot · 发表于 2008-7-23 11:23:59

to 【7楼】 RickyZhou

会麻烦的。要用吸锡线把那些半圆孔里的锡抽走，再拆开。

Alex_rcpilot · 发表于 2008-7-23 11:25:12

to【9楼】 yuhang

体积会增加，但确实方便了。请问有没有垂直连接用的军品插针？而且可以保证安装角度的。

feng_matrix · 发表于 2008-7-23 11:28:47

to : 【8楼】 Alex_rcpilot

我的想法基本和你一致，唯一不同的是GPS，我想在IMU中只包含3轴陀螺仪＋3轴加速度，GPS想与气压计等放在一起
主要考虑IMU处理的是飞行姿态信息，数据刷新频率要求较高，对机械安装角度位置等也有一定要求
GPS及气压计获取的是坐标、高程、速度等外围环境信息，通信速度未必需要很高，安装位置也与IMU不同要求
此类慢速设备独立一个模块，也利于不同的人将其用在不同层次的系统中，比如玩遥控航模的有3轴陀螺仪＋3轴加速度足以
企业级应用打算以后搞非目视航拍、飞控等可以再升级GPS、数传电台等，还可配备地面控制系统加装电子地图及导航系统

其实获取GPS坐标很容易，怎么用好坐标信息讲究就大了，个人意见纯模型娱乐搞GPS没有太大意义

再补充一点，IMU的屏蔽是有用的，我曾经在试飞时观察到：手指靠近陀螺仪管脚时，ADC采样电压会发生变化，而且幅度不小

feng_matrix · 发表于 2008-7-23 11:33:38

to ：【9楼】 yuhang

不赞同在IMU内部使用大量插接件，接头越多可靠性越差，干扰信号引入的可能性越大，3轴垂直度也可能受到影响
特别是在复杂运动且有机械振动的系统里，IMU内部应该焊死

Alex_rcpilot · 发表于 2008-7-23 11:40:01

to【12楼】 feng_matrix

我对惯导算法还不太熟，如果不借助GPS修正，廉价惯性器件的积累误差怎么抑制啊？我把GPS做在IMU单元上主要就是考虑到利用GPS的数据参与运算的问题。因为运算直接在IMU上完成了，最后从TWI出来的就是已经修正过的信息了。可否详细介绍一下您的系统架构，我参考一下。

或许可以把GPS与气压计这些也做成类似的单元，最后像积木一样安装起来。屏蔽罩说复杂它也就是一块铁片，说简单，量少不能开模也够费劲的。自己拿铁皮去弯，最后搞出来跟狗啃的似的，唉……要是有自己的房子，我就可以买几台小机床了。

shotstar · 发表于 2008-7-23 12:28:42

还可以

feng_matrix · 发表于 2008-7-23 12:36:37

惯性导航理论我也不懂，但从基本概念上讲，GPS信息好象不是用来修正姿态的吧
我的理解是四轴的姿态控制主要靠陀螺仪＋加速度计，陀螺仪的姿态角度积分累积误差可以由加速度计来部分纠正
位移、高程、空速等信息才靠GPS、气压计，做这些都不是简单的姿态控制所必需的
个人认为要用好GPS，不会把处理工作放在IMU上的MCU，一定是主控板的处理器
IMU上的MCU只作陀螺仪＋加速度计的采样、滤波及与主控的通信

下图是我的，只有3片ENC-03陀螺仪＋1片3轴的ADXL330,上板是模拟陀螺仪+加速度，坛子里很多人都拿去玩了
下板是IMU内置的MCU，可以是16MHz的M8或20MHzM88，TWI(I2C)接口

(原文件名:CIMG0119_s.jpg)

至于标准串口的GPS模块及数传电台，以后要加直接连到双UART口的主控MCU上
但至少要等我有了数传电台再考虑GPS，系统只有建立了与地面的数据链路
才有可能做深层次的应用，目前我业余玩玩没这个打算

kingofkings · 发表于 2008-7-23 12:39:06

哈哈，支持~

Alex_rcpilot · 发表于 2008-7-23 14:54:26

to【16楼】 feng_matrix

我最初的想法跟你类似，但是加进了通过GPS核对加速度信息的环节，然后通过加速度来校准姿态。并不是直接通过GPS校准姿态，因为GPS信息反映的是直线的自由度。但既然我自己都没搞清楚具体怎么实现。还不如就听你的，把GPS分离出去，IMU就是名副其实的IMU。我再设计一下吧。

AVR用M8-16够了吗？对于ADXL330的输出接入ADIS16100的部分有什么建议吗？比如是否加一级运放进行衰减。

我在大虾论坛发过一帖问过这个事情：
“三轴加速度传感器ADXL330的X、Y、Z三个输出是内置了输出放大器的（Datasheet第三页Table1.Output Amplifier），电源3V
时输出电压范围0.1～2.8V。如果输出随电源电压线性变化的话，那么电源3.3V时输出最高值应该是3V多一点。

每只陀螺仪传感器ADIS16100都是SPI输出14位的AD转换结果。每片ADIS16100都预留了两个Ain通道，可以对外接的±2V信号进
行AD转换，省去了另加AD的必要。问题是直接把0.1～2.8V的输出接到±2V的AD上面会超程。而且AD的负半程被浪费掉了。

第一版的ADXL330输出简单地通过两个1%精度的电阻分压后接到了ADIS16100的输入上，没有任何放大。这样14位A/D只有低13
位是有意义的。白白浪费一个MSB。而且最后处理运算结果的时候，那3个LSB可能也得丢弃，或者只取概率。

如果想把输出电压线性转换到AD的输入范围，我能想到的解决方法是用双电源运放。但是负电源如何产生是个问题。用DC/DC
进行反压会引入强烈的干扰，对AD转换的结果带来的负面影响可能会超过量程不匹配所造成的分辨率损失。

请对测量在行的兄弟们看看，有没有必要用双电源运放。如果没必要的话，我用一个漂移小一些的单端轨对轨四运放把
ADXL330的输出衰减到ADIS16100的正端量程以内就行了。”

cliffman · 发表于 2008-7-23 15:25:21

支持，想请问下这样做PCB加工好做吗？

Alex_rcpilot · 发表于 2008-7-23 15:43:32

to【19楼】 cliffman

间距6mil的PCB加工工艺足够了，很多厂子都可以做4mil的，不同层之间的叠放误差越小越好。
有些地方需要特别说明一下，比如要以哪层做机械边界，过孔是否上阻焊剂，直角边缘退刀处尽量不留突起，矩形通槽边缘要保证直角等等。反正与机械连接相关的都要说明一下。

feng_matrix · 发表于 2008-7-23 15:45:49

我的ADXL330的3路输出只并联了0.1u的电容，没有加任何运放电路，是直接采样的
ADIS16100没研究过，不敢妄加评论

个人意见，DIY陀螺仪可以分不同的应用档次：
陀螺仪用ENC-03的，采样用AVR内置10位ADC就可匹配，
比如我目前的搭配：3×ENC-03MB【300度/秒】＋ 1×ADXL330【三轴正负3g】
陀螺仪用ADI模拟的，采样就应该用好点的独立16位AD，加速度也用模拟的
比如这种搭配：3*ADXRS300【300度/秒】 + 2*ADXL320【两轴正负5g】＋16位专用AD
至于IMU中的MCU，16到20MHz的AVR单片机完成采样、滤波、通信足够
只是要用卡尔曼滤波算法时，C写的程序可能编译出来较大，要注意存储空间

如果加速度用数字式的ADIS16100，是否加速度也考虑用ADI的数字式加速度计
感觉器件选型应重点考虑系统性，部分用贵的好的未必整体性能就好，各部分匹配就好

Alex_rcpilot · 发表于 2008-7-23 16:06:18

to【21楼】 feng_matrix

当时选型还是出于价格方面的考虑。我这么配置的原因是ADXRS300比ADIS16100还要贵。有朋友的ADIS16100掉到地上，找的时候又被椅子腿磕了一下，当时就想豁出去了，把下面的底座小心拆解掉，发现里面就是一片完好的ADXRS300。因此从模拟部分来看ADIS16100和ADXRS300是一样的，前者加了个AD功能而已。ADXR300搭配什么加速度计，ADIS16100就可以搭配什么加速度计。

如果ADI的数字输出加速度计也是在模拟输出的片子基础上做出来的，拿便宜的ADXL330借用ADIS16100里现成的14位AD也是比较好的选择。用专用16位去测量0.1～2.8V的电压，一个LSB是40μV左右。估计电源引起的漂移都要是这个的好几十倍了。要做好这些，先得解决电源稳定问题啊。

feng_matrix · 发表于 2008-7-23 16:12:34

看晕了，刚知道ADIS16100肚子里原来就是ADXRS300＋AD，怎么ADXRS300比ADIS16100还要贵？
看ADI官方网站上，ADXRS300千片价格是30.00美金，ADIS16100好象是34.95美金啊

Alex_rcpilot · 发表于 2008-7-23 16:20:09

to【23楼】 feng_matrix

半导体行业都是看量算钱啊，有很多无厘头的搭配都是迫不得已的选择。你看ADXL330，三轴一体才50RMB，而两轴的和单轴的可能更贵。谁买谁晕。

请问LS在IMU的电源设计方面有什么建议？首先从源头考虑，11.1V的Li-Poly电池组做动力电，分出一路经5V稳压件输出电源到飞控系统。飞控主板再向IMU提供电源。我想在IMU上对外来电源进行比较稳定的处理。

feng_matrix · 发表于 2008-7-23 16:43:06

我的是两级稳压，锂聚电池经5V稳压为陀螺仪板供电，陀螺仪板经3V或3.3V稳压为ENC-03及ADXL330供电
系统中所有MCU工作在5V，包括主控板MCU、四电调MCU、陀螺仪MCU

Alex_rcpilot · 发表于 2008-7-23 17:42:58

to【25楼】 feng_matrix

ADIS16100的Vcc需要5V电源，那从MCU的5V过来用一个π形滤波就够了吧？

feng_matrix · 发表于 2008-7-24 09:09:17

四轴系统用电池供电，在静止时简单 π 形滤波问题不大
但我试飞时发现四电调并联时，四个无刷电机产生的反相感生电动势干扰挺大的
频率不高【跟转速有关】，幅度不小【跟电机KV有关】，所以电解电容的容量要稍微大些

Alex_rcpilot · 发表于 2008-7-24 09:13:52

to【27楼】 feng_matrix

收到！谢谢了。可能电调板上也得做些工作。

haichong · 发表于 2009-4-22 09:15:19

楼主能不能帮我下，ADIS16100怎么调试？

瞎画的IMU板子，拍砖吧各位。

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