摘 要： 由ARM Cortex-M3單片機通過USB-HID接口和計算機（筆記本電腦）構成的上下位機模式的陀螺儀測試系統(tǒng)，實現(xiàn)了單軸系陀螺儀組的各種靜態(tài)參數(shù)和動態(tài)參數(shù)測試,。由上位計算機通過USB-HID端口發(fā)出各種控制狀態(tài),，操縱下位機使得陀螺儀組模擬出實際的工作狀態(tài)，完成了單軸系陀螺儀組的動態(tài)響應測試,。
關鍵詞： 陀螺儀,；ARM Cortex-M3；USB-HID,；信號調理電路,；測試軟件
單軸系陀螺儀組是由若干個陀螺儀組成的一個軸系方向（X）角運動位置檢測裝置。檢測單軸系陀螺儀組的傳統(tǒng)方法是通過一定數(shù)量的控制開關,、指示燈,，電壓表、電流表來測試其靜態(tài)的工作狀態(tài)與性能,。單軸系陀螺儀組的動態(tài)特性是非常重要的技術指標[1]，反映了陀螺儀組的性能和實際工作的特性。通過由上下位機構成的陀螺儀測試系統(tǒng)可以完成單軸系陀螺儀組的靜態(tài),、動態(tài)特性的多項測試,，對陀螺儀組做出正確的功能分析和質量評價[2]。
1 測試系統(tǒng)的基本結構
單軸系陀螺儀測試系統(tǒng)由ARM Cortex-M3單片機作為中心主體,，通過16路DI,、DO數(shù)字輸入、數(shù)字輸出模塊和16位A/D轉換模塊,、信號調理電路,、電源等構成。測試系統(tǒng)構成如圖1所示,。
陀螺儀組通過信號調理電路接入測試系統(tǒng),，信號調理電路由DO控制轉換電路和陀螺儀組的輸出轉換電路組成，完成ARM Cortex-M3單片機發(fā)出的DO控制信號轉換為符合陀螺儀組的要求的控制信號,，并將陀螺儀組的輸出轉換為符合A/D模塊采集要求的信號,。
16位的并行高速A/D轉換芯片及16通道的多路模擬開關構成A/D采集模塊，保證了數(shù)據(jù)采集精度和分辨率,，并保證了信號的速率,，降低了相位誤差。
上位機通過標準的USB端口,，以HID通信模式和下位機交換數(shù)據(jù)和發(fā)出功能指令,。下位機的測試數(shù)據(jù)通過USB端口送到上位機，由上位機的測試程序進行處理和顯示,。
2 測試系統(tǒng)軟件
上位機測試系統(tǒng)軟件完成7類12項檢測功能,，采用模塊化設計，按照測試功能分類,。對陀螺儀組的檢測數(shù)據(jù)進行分析,，判定其該項指標是否超限（并顯示指標上、下限）,。各種操作均有彈出向導說明操作步驟和陀螺儀連接方法,。由系統(tǒng)時鐘作為基礎時間切片，時鐘中斷作為USB端口的掃描控制,。USB接口程序使用HID模式實現(xiàn)熱插拔功能,，以命令組的包模式對下位機通信。
下位機采用C語言編程,，控制DO,、DI、AD模塊,，AD采集模塊采用實時的修改后中值濾波算法,，降低了噪聲影響,，保證信號的可靠性。修改后中值濾波算法數(shù)學公式為：
3 測試系統(tǒng)工作原理
陀螺儀組特性測試系統(tǒng)上位機測試軟件按照測試項目和流程,，通過USB端口對下位機發(fā)出相應的命令組控制包,，ARM Cortex-M3單片機收到命令組控制包后，按照測試要求輸出控制狀態(tài),，經調理電路中的DO控制轉換電路變換為符合陀螺儀組的控制信號,，送到陀螺儀組?？刂仆勇輧x組進入工作狀態(tài),，陀螺儀組的輸出信號經信號變換驅動后，送入A/D轉換模塊輸入端,。經A/D轉換為數(shù)字量,，進行中值濾波，將數(shù)據(jù)組合為數(shù)據(jù)包通過USB端口送至上位機,，由測量程序按照設定的流程進行處理和圖形顯示,。
4 測試應用效果
測試系統(tǒng)除了數(shù)字顯示以外，圖形顯示功能也很強大[3],，可對陀螺儀組動態(tài)性能進行直觀地描述,，直接可以顯示出陀螺儀組性能優(yōu)劣。
圖3是采集的陀螺儀組的動態(tài)工作電流波形,，從波形圖上可以清楚反映陀螺儀組中各陀螺儀及其附件的組合,、分離與各種工作狀態(tài)加載特性以及控制響應時間特性。
由上下位機構成的單軸系陀螺儀組測試系統(tǒng),，ARM Cortex-M3單片機作為下位機,，其性能優(yōu)良，運算速度快,，內部存儲器大,，USB接口，外加16位的并行接口的A/D轉換模塊,，DO,、DI模塊和調理電路，使得下位機結構緊湊,，可靠性高,，使用USB端口的HID模式通信，速度快,，接口電纜標準,，對上位機的要求大大降低，不僅可以使用一般計算機完成測試,，也可以使用筆記本電腦作為上位機,。由于采用USB-HID模式,，上位機不用安裝驅動，系統(tǒng)可自動識別通信端口,，極大簡化了測試系統(tǒng)連接方式,，降低了結構成本且維護簡單,。
參考文獻
[1] 顧正華,，王帆，韓杰,，等.基于光纖陀螺側滑角動態(tài)數(shù)據(jù)采集和處理[J].測控技術,，2011，36（6）：33-35.
[2] 馮智勇,，曾瀚,，張力，等.基于陀螺儀及加速度計信號融合的姿態(tài)角度測量[J].西南師范大學學報,，2011,，36（4）：137-141.
[3] 高琴，陳樹君,，王續(xù)明,，等.多功能虛擬示波器的設計與實現(xiàn)[J].通信技術，2010,，43（4）：217-219.