一种多传感器融合的姿态角解算电路制造技术

本实用新型专利技术属于随钻测量领域，具体涉及一种多传感器融合的姿态角解算电路。包括嵌入式微控制器，复位电路，供电电路，三轴磁力计电路，六轴传感器电路，温湿度传感器电路和放大滤波电路；供电电路和复位电路分别与嵌入式微控制器连接，分别对嵌入式微控制器进行供电和复位；六轴传感器电路内部整合有三轴陀螺仪和三轴加速度传感器，所述三轴磁力计电路外接六轴传感器，六轴传感器电路通过放大滤波电路与嵌入式微控制器连接；所述温度传感器电路通过放大滤波电路与嵌入式微控制器连接。本实用新型专利技术的电路通过将整合型六轴传感器和三轴磁力计进行融合，实现钻进姿态和位置的实时测量，通过三轴磁力计磁偏角和测算出的姿态角进行磁校正。磁校正。磁校正。

【技术实现步骤摘要】
一种多传感器融合的姿态角解算电路


[0001]本技术属于随钻测量领域，具体涉及一种多传感器融合的姿态角解算电路。

技术介绍

[0002]随着人类社会的不断进步和经济的迅猛发展，通信、能源开采、能源输送和水利水电事业的发展突飞猛进，城镇化建设不断推进，各种地下线缆、管线建设工程越来越多，同时人们的生活水平不断提高，人们对交通以及生活环境的要求也越来越高。传统的开挖地表建设、修复和更换地下设施的施工方式不仅影响地面交通、破坏地面建筑和基础交通设施，而且容易造成环境污染，严重影响人们的日常生活和工作，这些不足之处使得开挖施工已经不能适应社会的快速发展以及满足人们的要求。在此背景下，一种新的可以避免传统施工各种缺点的施工技术——非开挖施工技术在上世纪70年代应运而生，并且迅速被广泛应用于各种地下工程建设。
[0003]非开挖施工技术是近几十年来世界上逐步兴起的一种对周围环境无破坏的地下工程施工技术，是指利用适当的钻进工具，在地表不开挖或者极小部分开挖 (一般指入土口和出土口小面积开挖)的情况下，铺设、更换和修复各种地下线缆和管道的新兴施工技术。相对于传统的开挖施工而言，非开挖施工技术具有对地表干扰小、施工周期短、社会经济效益较高等优点，可广泛应用于给水、排水、电力、通信、燃气等领域线缆和管道的铺设、更换和修复，施工过程可实现公路、铁路、河流、建筑物等不破坏穿越，也被应用于文物和古建筑的保护等方面。水平定向钻进技术、顶管和微型隧道施工技术、冲击钻进技术、冲击矛技术等技术方法都是主要的非开挖施工技术。其中水平定向钻进技术是这种施工中应用最普遍、最具发展前景的新技术。
[0004]目前实现钻头姿态参数测量主要是借鉴惯性测量的技术，运用三个正交的加速度计和三个沿加速度计轴向安装的磁通门传感器来进行测量。它们被安装在一个“惯性平台”上，三个正交轴上的加速度计测量地球的重力场分量，而三个正交轴上的磁通门测量地球的磁场分量，依据测量结果解算出钻头各角度信息。这种方法由于原理简单而得到广泛的应用，但传统的加速度计和磁通门体积较大，温度漂移严重，很难有效应用于地下钻进环境中。
[0005]另外，由于这种方法以地磁场为基准进行方位测量，任何影响磁场接收的因素都会造成干扰，特别是钻具大都是采用铁磁性材料，这种方法并不太适用。对于地下随钻测量而言，测量对象主要包括倾角、方位角和工具面向角，分别与导航领域的倾斜、方位、横滚参数对应。这些参数的测量若拿到地面上来测不存在什么问题，但在具体的地下实现并非易事。测量这些参数的传感器必须集中在直径很小(直径通常只有3
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4cm之间)的一段狭小空间内，对体积要求十分严格。

技术实现思路

[0006]本技术的目的在于提供一种多传感器融合的姿态角解算电路。
[0007]实现本技术目的的技术解决方案为：一种多传感器融合的姿态角解算电路，包括嵌入式微控制器，复位电路，供电电路，三轴磁力计电路，六轴运动处理传感器子电路，温湿度传感器电路和放大滤波电路；
[0008]所述供电电路和复位电路分别与嵌入式微控制器连接，分别对嵌入式微控制器进行供电和复位；
[0009]所述六轴运动处理传感器子电路内部整合有三轴陀螺仪和三轴加速度传感器，所述三轴磁力计电路外接六轴传感器，六轴运动处理传感器子电路通过放大滤波电路与嵌入式微控制器连接；所述温湿度传感器电路通过放大滤波电路与嵌入式微控制器连接。
[0010]进一步的，所述嵌入式微控制器芯片为STM32F103RCT6嵌入式微控制器芯片，所述六轴传感器芯片为MPU6050，所述三轴磁力计的芯片为MAG3110。
[0011]进一步的，所述三轴磁力计电路包括MAG3110芯片，电容C6，电容C7，电容C8，电容C9，电阻R9和电阻R10；
[0012]所述电容C6一端接地，另一端与MAG3110芯片连接，所述MAG3110芯片的供电引脚接电源VCC的同时接电容C7后接地，电容C8一端接地，另一端与 MAG3110芯片连接，MAG3110芯片的电源缓冲引脚接电源VCC的同时接电容C9 接地，MAG3110芯片的时钟引脚接电阻R9后接电源，同时与六轴传感器的MPU6050 芯片的时钟扩展引脚相连，MAG3110芯片的数据输出引脚接电阻R10后接电源，同时与六轴传感器的MPU6050芯片的数据扩展引脚相连。
[0013]进一步的，所述六轴运动处理传感器子电路包括MPU6050芯片，电阻R11，电阻R12，电阻R13，电阻R14，电阻R15，电容C10，电容C11和电容C12；
[0014]MPU6050芯片中外部时钟输入引脚和帧同步输入引脚相连后接地的同时接电阻R14再与地址引脚相连；MPU6050芯片的地址引脚接电阻R15后与微处理器相连；MPU6050芯片的数字供电引脚与供电引脚相连后接电源；MPU6050芯片的地线引脚接地的同时接电容C10后接电源；MPU6050芯片的校准滤波引脚和电荷泵引脚在分别接电容C12和电容C11后相连接地；MPU6050芯片的中断数字输出引脚接电阻R13后可与微处理器相连；MPU6050芯片的串行时钟引脚接电阻R11 后与STM32F103RCT6嵌入式微控制器的时钟输入引脚相连；MPU6050芯片的数据输出引脚接电阻R12后与放大滤波电路的中正极信号输入引脚相连。
[0015]进一步的，所述放大滤波电路包括串联的放大子电路，巴氏滤波子电路和高通滤波放大子电路。
[0016]进一步的，所述放大子电路包括INA122芯片，可变电阻R3，电阻R4，电容 C3和电容C5；
[0017]所述INA122芯片的两个增益电阻引脚间接电阻R4和可变电阻R3；INA122 芯片的负极信号输入引脚接地；INA122芯片的正极输入引脚与MPU6050芯片的数据输出引脚相连；MPU6050芯片的负电源输入引脚接
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5V供电的同时接电容C5 后接地；MPU6050芯片的基准电压输出引脚接地；MPU6050芯片的正电源输入引脚接+5V供电的同时接电容C3后接地；MPU6050芯片的信号输出引脚接巴氏滤波子电路的输入端。
[0018]进一步的，所述巴氏滤波子电路包括电阻R6，电阻R5，电容C1，电容C2 和比较器；
[0019]信号从巴氏滤波子电路部分的输入端进去后，通过电阻R6后分两路，一路接电容C1后接比较器的信号输出引脚，一路接电阻R5后进入比较器的同相输入端；比较器的反向输入端与输出端引脚相连；信号输出后通过电阻R7后进入高通滤波放大子电路。
[0020]进一步的，所述高通滤波放大子电路包括电阻R2，可变电阻R1，电解电容 C4，电阻R8和比较器；
[0021]所述信号输入高通滤波放大子电路后通过电解电容C4进入比较器的同相输入端，同时比较器的同相输入端接电阻R8后接地；比较器的反向输入端分两路，一路接电阻R2后接地，一路接可变电阻R1后与比较器的数据输出端相连；数据输出端与STM32F103RCT6嵌入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多传感器融合的姿态角解算电路，其特征在于，包括嵌入式微控制器，复位电路，供电电路，三轴磁力计电路，六轴运动处理传感器子电路，温湿度传感器电路和放大滤波电路；所述供电电路和复位电路分别与嵌入式微控制器连接，分别对嵌入式微控制器进行供电和复位；所述六轴运动处理传感器子电路内部整合有三轴陀螺仪和三轴加速度传感器，所述三轴磁力计电路外接六轴传感器，六轴运动处理传感器子电路通过放大滤波电路与嵌入式微控制器连接；所述温湿度传感器电路通过放大滤波电路与嵌入式微控制器连接。2.根据权利要求1所述的多传感器融合的姿态角解算电路，其特征在于，所述嵌入式微控制器芯片为STM32F103RCT6嵌入式微控制器芯片，所述六轴传感器芯片为MPU6050，所述三轴磁力计的芯片为MAG3110。3.根据权利要求2所述的多传感器融合的姿态角解算电路，其特征在于，所述三轴磁力计电路包括MAG3110芯片，电容C6，电容C7，电容C8，电容C9，电阻R9和电阻R10；所述电容C6一端接地，另一端与MAG3110芯片连接，所述MAG3110芯片的供电引脚接电源VCC的同时接电容C7后接地，电容C8一端接地，另一端与MAG3110芯片连接，MAG3110芯片的电源缓冲引脚接电源VCC的同时接电容C9接地，MAG3110芯片的时钟引脚接电阻R9后接电源，同时与六轴传感器的MPU6050芯片的时钟扩展引脚相连，MAG3110芯片的数据输出引脚接电阻R10后接电源，同时与六轴传感器的MPU6050芯片的数据扩展引脚相连。4.根据权利要求3所述的多传感器融合的姿态角解算电路，其特征在于，所述六轴运动处理传感器子电路包括MPU6050芯片，电阻R11，电阻R12，电阻R13，电阻R14，电阻R15，电容C10，电容C11和电容C12；MPU6050芯片中外部时钟输入引脚和帧同步输入引脚相连后接地的同时接电阻R14再与地址引脚相连；MPU6050芯片的地址引脚接电阻R15后与微处理器相连；MPU6050芯片的数字供电引脚与供电引脚相连后接电源；MPU6050芯片的地线引脚接地的同时接电容C10后接电源；MPU6050芯片的校准滤波引脚和电荷泵引脚在分别接...

【专利技术属性】
技术研发人员：任希佳，翁祖康，吴键，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：新型
国别省市：