3DM传感器在某装备调试中的应用

摘要：3DM传感器是一款高精密传感器，能够用于测量纵摇、横摇和偏航的角度。本文主要以3DM传感器作为一种调试工具，通过对该传感器采集到的数据处理，来真实模拟装备本身的实际晃动，进而检验信号处理机的软件算法是否真的得以实现。

关键词：3DM传感器； 信号处理机

1.应用背景

某装备在使用过程中，由于所处工作环境原因，经常会遇到装备本身的晃动，而在这个晃动过程中产生的纵摇和横摇对本装备使用时产生的误差不可忽视。因此，为了矫正这个误差，我们希望在实际应用中能够 "拿到"对装备使用产生影响的纵横摇数据，进而通过纵摇和横摇数据来对装备的信号处理机的算法加以修正，从而使装备在工作过程中，本身晃动对装备工作的影响降到最低，整体提高装备的使用性能。

为了使这一目的更好地实现，我们引入了3DM传感器，用传感器采集到的纵摇和横摇数据来辅助调试及验证装备对适应纵横摇的这一功能是否实现。

2.前期准备

首先应该了解3DM传感器的使用和校正，其次还应该了解通讯串口的一些传输知识。

2.1 3DM传感器介绍

3DM传感器具有三维坐标，分别代表纵摇、横摇和偏航（相当于罗盘）。纵摇，横摇和偏航（相当于罗盘）这三个传感器分别采用三个磁力计和三个加速度计来计算它们相对于地球的磁力场和引力场的角度。该3DM传感器通过编程还可以提供归一化的地磁数据和原始的加速度数据。

传感器的测量角度范围：纵摇，- 70到+70度；横摇，0至360度；偏航，0到360度。该传感器是以地球的磁场来计算偏航角的，并使用加速度计来补偿倾斜的误差。

对于地球的磁力场来说，铁磁性的物体很容易引起测量仪器的误差，因此，为防止得到错误的结果，当安装装置时，应该使用非磁性物体，如铝，黄铜，或塑料等。

2.1.1 3DM传感器的校正

传感器校正过程主要是为了检查3DM传感器的好坏以及校准纵横摇数据的精度（对精度的校准，是通过一个带有水平装置且能提供精密的纵横摇动作的装置来完成的）。

3DM传感器在使用前首先要进行纵横摇数据的零位校正，这个功能主要使用软件来完成。方法分为两步，第一步，将3DM传感器以任意角度（一般是所需位置放置）放置；第二步，在保证3DM传感器不动的情况下，使用软件将3DM传感器的纵横摇及航向数据同时置零。

2.2 通讯串口简介

串行接口简称串口，是一种扩展接口，通常采用串行通信方式，故此，也称为串行通信接口（所谓串行通信接口就是指COM接口）。串行接口和外部设备之间是按位进行数据传送的。

在这里，我们简单介绍即将用到的两种通讯串口，RS-232串口和RS-422串口。

2.2.1 RS-232串口简介

RS-232串口电缆的两端，一端为DB9针式的公头，而另一端为DB9孔式的母头，DB9定义和DB25定义是经常用到两种定义。

RS-232串口是采用的负逻辑，就是＋5～＋15V代表了二进制的"0"，而－5～－15V则代表了二进制的"1".这种情况下，如果计算机要通过串口来通讯时，就必须要经过相应的电平转换。

我们可以根据需要来做一种比较简单的串行通讯的连接方式，通讯双方只需要按照规定（一般称为协议），采用相同的波特率、相同的工作方式和相同的数据组成规则等。一般情况下这种功能是收发相间的，具体的接法最终还要看硬件电路情况。

2.2.2 RS-422串口简介

RS-422串口，它是一个串口通讯的标准，相比RS-232串口来说，RS-422串口具有更长距离上的通讯能力，而且使用的信号线也更少。RS-422串口相对于RS-232串口在数据传输上采用了差分信号，最大传输速率也达到了10Mbps.在9600bps的速度下传输数据，最大通讯距离则达到了1.2km.该串口的四线接口因为采用了单独的发送、接收通道，所以不需要再控制数据的传输方向。

RS-422串口硬件上需要一个终接电阻，其阻值要求理论上约等于传输线缆的特性阻抗。在短距离传输时也可不必终接电阻，即一般在300米以下时不需终接电阻。

3、组成原理

基于RS-422串口的特点，较RS-232串口而言更具有传输距离和抗干扰上的优势，因此，在使用3DM传感器时，我们要做一些小小的改装，并按照如下步骤组成系统。

首先，就是使用RS-232转RS-422串口转换器将原本以RS-232串口传输数据的3DM传感器改成以RS-422串口来传输数据，进而实现长距离传输（约20m）和抗干扰；

其次，由于器件均在水下使用，所以要将改装后的3DM传感器和RS-232转RS-422串口转换器密封于水密盒中，以水密电缆的方式将数据线和电源线引致水上；

再次，用RS-422转RS-232串口转换器将纵横摇数据转换回RS-232串口数据送给PC机处理，同时给3DM传感器供电。

最后，通过软件编程（实现两个目的，第一，实现对纵横摇实时数据的提取，并将得到的数据送至信号处理机进行处理；第二，实现手动输入纵横摇数据，并将得到的数据送至信号处理机进行处理。）实现对纵横摇数据的提取，并将结果送至信号处理机。

4、结果实现

我们知道，应用在水中的装备由于受到水纹、环境等各方面因素的影响，若想在性能方面得到有力的提升，无论在硬件还是在软件方面都要付出多得多的努力。

我们是在一定硬件的基础上，应用软件算法来提高装备的使用性能。而在调试过程中，为了验证软件算法是否得到了实现，我们引入了3DM传感器，来辅助调试。

通过对装备性能的测试对比，软件算法在一定程度上提升了装备的使用性能。说明3DM传感器在该装备调试中的应用得到了成功，具有一定的实际意义。

3DM传感器是一款高精密传感器，能够用于测量纵摇、横摇和偏航的角度。本文主要以3DM传感器作为一种调试工具，通过对该传感器采集到的数据处理，来真实模拟装备本身的实际晃动，进而检验信号处理机的软件算法是否真的得以实现。