本发明属于惯性导航领域。
背景技术：
惯性导航是agv领域一项新兴的技术，它是一种自主式的导航技术，相比传统的导航方式，惯性导航不需要布设任何设备，不依赖于外界环境，具有更大的运动自由度，更适合应用于智能仓储物流、车间移动装配等。
随着agv导航技术的不断发展，人们对于agv惯性导航的需求也不断提高，目前agv所采用的惯性导航传感器存在以下缺点和局限：首先，现有agv惯性导航传感器大多只能检测单一轴向的角速度或加速度信息，无法跟踪agv车体三维运动情况下的姿态。其次，随着agv运行时间的增加、外界环境温度等影响，惯性导航传感器累积角度和位移偏差会逐步增大，影响agv导航精度。再次，当惯性导航传感器自身因受到外界影响等原因出现问题时，往往因不能复现当时的情况，很难追踪问题所在。
技术实现要素：
通过上述分析得出现有用于agv的惯性导航传感器在导航精度、受温度变化影响和问题复现追踪上需要改进。本发明中采用的高精度6轴陀螺仪芯片可以检测agv旋转角、俯仰角、横滚角以及三维运行速度，保证导航精度；通过加入温补晶振和上位机纠偏指令可以减小传感器受外界温度的影响；黑匣子功能为agv运行姿态分析、系统调试以及惯性导航传感器测试等方面提供方便。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种用于agv的惯性导航传感器，包括控制系统以及与其连接的陀螺仪芯片、铁电存储器、can隔离电路，以及与can隔离电路顺序连接的驱动保护电路、外部接口电路；所述外部接口电路分别通过系统电源、独立电源电路与控制系统、陀螺仪芯片连接；
陀螺仪芯片，用于获取角速度数据、加速度数据以及实时温度数据，并发送至控制系统；
控制系统，用于根据陀螺仪芯片发来的数据获取agv当前角度和位置信息，存储至铁电存储器，并通过can隔离电路、外部接口电路发送至外部设备；
can隔离电路，用于can通信电源隔离，以及控制系统与外部接口电路之间的信号转换；
驱动保护电路，用于对can隔离电路输出的信号进行滤波和保护；
外部接口电路，用于提供外部电源输入接口和can总线接口。
所述独立电源电路用于将外部电压转换为陀螺仪芯片所需电压；系统电源用于将外部电压转换为控制系统所需电压。
所述控制系统通过spi总线读取陀螺仪芯片发来的数据。
所述陀螺仪芯片为6轴陀螺仪芯片。
所述控制系统连有温度补偿晶体振荡器。
所述控制系统连有状态指示电路，用于显示陀螺仪芯片当前运行状态。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.发明中采用的高精度6轴陀螺仪芯片可以提供agv三维全方位导航，包括航向角、横滚角、俯仰角以及x、y、z轴向位移量测量，提升导航精度和范围，减小输出延时。
2.黑匣子功能的设计为agv运行姿态分析、系统调试以及惯性导航传感器问题诊断等方面提供方便。
3.采用温补晶振可以有效提升惯性导航传感器在复杂和恶劣环境下，或长时间运行的导航精度与稳定性。
4.通过can总线与上位机通讯，兼容性强，可扩展性好，同时上位机发送的纠偏指令能够有效减小累积误差。
附图说明
图1是本发明的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
惯性导航传感器主要包括以下部分：高精度6轴陀螺仪芯片，集成3轴陀螺仪和3轴加速度计以及温度传感器，与控制系统连接，将采集的角速度、加速度等原始方位信息发送到控制系统；控制系统，一端连接高精度6轴陀螺仪芯片，另一端连接can驱动模块，系统内部将原始方位信息转换成角度和位移信息，最终发送至can驱动模块；电源系统，采用双路电源为整个传感器电路供电，单独为高精度陀螺仪芯片提供一路线性稳压电源供电，提高陀螺仪精度和稳定性，并采取隔离措施和抗干扰保护措施；黑匣子的加入可以实现agv运行姿态分析、系统调试以及惯性导航传感器问题诊断等方面；温补晶振和上位机纠偏指令的加入可以有效减少导航累积误差，提高agv运行可靠性。
如图1所示为本发明的结构框图。
agv惯性导航传感器主要包括控制系统、高精度6轴陀螺仪芯片、铁电存储器部件、外部接口部件、状态指示电路以及电源电路。
控制系统采用c8051高速内核的微控制器，拥有100mips的处理速度，通过spi总线连接高精度6轴陀螺仪芯片，读取3轴角速度、3轴加速度和温度等原始数据，实时计算出当前角度和位置信息，最终通过can总线发送至上位机进行agv导航。软件通讯协议负责将数据封装为can协议帧数据。
使用高精度6轴陀螺仪芯片可以获取当前坐标系下3轴角速度数据、3轴加速度数据以及实时温度数据，控制系统通过spi总线读取数据进行计算和导航。
电源电路采用双路设计，单独为高精度陀螺仪芯片提供一路5v线性稳压电源供电，以提高陀螺仪精度和稳定性，其它器件由另一路24v转5v开关电源供电。
黑匣子功能由一块型号为fm25w256的铁电存储器实现，铁电存储器具有读写速度快，数据掉电非易失特性，可以在需要时将导航数据保存下来供姿态分析研究或问题调试使用。铁电存储器通过spi接口与控制系统互连，当agv车体运行时，上位机可以在需要时向控制系统发送黑匣子写指令，实时将agv导航和位置数据保存到铁电存储器中。在需要提取导航数据时，上位机发送黑匣子读指令即可将黑匣子数据读出来，供后续分析和调试使用。黑匣子功能的加入为agv运行姿态分析、系统调试以及惯性导航传感器问题诊断等情况提供了极大的便利。
状态指示电路提供了3个led指示灯，由控制系统控制，用来显示传感器当前运行状态。分别为电源状态指示，运行状态指示，以及错误状态指示。
外部接口部件包括外部接口电路、can隔离电路和驱动保护电路。外部接口电路提供外部电源输入接口和2路can总线接口。can隔离电路用于提供can通信电源隔离及信号转换。驱动保护电路为系统提供滤波、防静电、防过压过流等保护。
在系统时钟晶振的设计上，考虑到时钟频率受环境温度影响而产生的时钟偏移会降低器件采样精度和运行的稳定性，通过采用温补晶振方案，提高了在复杂和恶劣环境下的导航精度和可靠性。
1.一种用于agv的惯性导航传感器，其特征在于，包括控制系统以及与其连接的陀螺仪芯片、铁电存储器、can隔离电路，以及与can隔离电路顺序连接的驱动保护电路、外部接口电路；所述外部接口电路分别通过系统电源、独立电源电路与控制系统、陀螺仪芯片连接；
陀螺仪芯片，用于获取角速度数据、加速度数据以及实时温度数据，并发送至控制系统；
控制系统，用于根据陀螺仪芯片发来的数据获取agv当前角度和位置信息，存储至铁电存储器，并通过can隔离电路、外部接口电路发送至外部设备；
can隔离电路，用于can通信电源隔离，以及控制系统与外部接口电路之间的信号转换；
驱动保护电路，用于对can隔离电路输出的信号进行滤波和保护；
外部接口电路，用于提供外部电源输入接口和can总线接口。
2.根据权利要求1所述的一种用于agv的惯性导航传感器，其特征在于，所述独立电源电路用于将外部电压转换为陀螺仪芯片所需电压；系统电源用于将外部电压转换为控制系统所需电压。
3.根据权利要求1所述的一种用于agv的惯性导航传感器，其特征在于，所述控制系统通过spi总线读取陀螺仪芯片发来的数据。
4.根据权利要求1所述的一种用于agv的惯性导航传感器，其特征在于，所述陀螺仪芯片为6轴陀螺仪芯片。
5.根据权利要求1所述的一种用于agv的惯性导航传感器，其特征在于，所述控制系统连有温度补偿晶体振荡器。
6.根据权利要求1所述的一种用于agv的惯性导航传感器，其特征在于，所述控制系统连有状态指示电路，用于显示陀螺仪芯片当前运行状态。
技术总结