【技術分享】6軸傳感器模組-FSP200 校準和測試介紹

日期:2019-05-28 作者:潤欣科技創研社 返回列表

導語:FSP200是一款6軸慣性測量單元處理器,提供航向和方向輸出。它執行加速度計和陀螺儀傳感器的融合處理,輸出穩定和準確的航向和方向,FSP200適用于機器人產品,如消費類地板清潔產品、花園和草坪機器人、泳池清潔工以及酒店和醫療市場中使用的助理機器人。


這里我們來介紹上海潤欣科技制作的FSP200傳感器模組工廠出廠校準和研發應用測試流程。


FSP200模組工廠校準流程


簡單校準系統包括單組夾具、電機、電機驅動器、起始位置傳感器,電機按鈕板和電源控制箱,如圖1所示。


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圖1


開始校準前,還要確保FSP200簡單校準系統處于水平狀態,如圖2所示。


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圖2


1:開始校準:按下CAL Button: 


綠色發光二極管開始閃爍,表示模塊處于“校準”模式。


2:校準運動(將電機轉動180度):


按下電機按鈕板上的S2(綠色按鈕) 電機會逆時針移動180度 ,繼續下一步之前,等待電機轉動180度。


3:完成校準:


再次按CAL按鈕,結束“校準”模式。校準結果看紅綠發光二極管顯示狀態:如果模塊通過校準,綠色發光二極管將變為綠色 ;如果模塊校準失敗,紅色發光二極管將變為紅色。


4:驗證校準功能: 


按下FSP200夾具板上的RST按鈕,確保顯示屏顯示模塊的航向(應接近0.00度),按下電機按鈕板上的S3按鈕(藍色按鈕) ,將電機順時針移動180度,等待電機停止,查看顯示屏。驗證航向讀數應該在180+/-0.45°(179.55至180.45°)。


如圖3所示:


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圖3


校準不成功:


如果在校準過程中的任何時候,“結果”紅色發光二極管亮起,則有失敗。


如果“結果”指示燈沒有亮起,則可能是連接問題或電源問題。


如果驗證步驟顯示的值超出了規定的可接受范圍,則模塊校準失敗。


如果出現任何這些故障,則從夾具中取出模塊并安裝回到夾具上,再試一次。


如果故障重復出現,則模塊是壞的;如果模塊通過,那么模塊是好的。


研發應用測試流程舉例


為了讓掃地機器人導航達成最佳性能效果,我們模塊除了在工廠進行傳感器本身的尺度誤差校準外,在實際應用研發初期我們還需要做大量減少誤差的測試工作:通過適當實施推薦的操作以最大限度地減少誤差來源,可以改善航向誤差估計。


航向誤差估計值會因為時間長短的不同造成變化,短期內因為陀螺儀尺度(或靈敏度)誤差、而長期則因為陀螺儀偏移量(ZRO﹐ 零速率偏移量)。它可以從以下計算得知:


航向誤差估計值 = 尺度誤差 x 未消除旋轉 + 零速率偏移量 x 時間

 

FSP200 提供三種接口:UART-RVC(PS0=0,PS1=1 如圖4),UART-SHTP(PS0=1,PS1=0),UART-RVC –DEBUG (PS0=0, PS1=0),硬件設計的時候最好兼容這三種接口模式,方便切換測試。


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圖4


掃地機量產使用UART-RVC模式,測試模塊性能的方式有互動軟件測試和非互動測試。如下介紹改善ZRO的兩種測試流程:

 

1)HOST 不采用互動軟件測試流程如下:


1: FSP200 RVC模式在測試架上面完成校準后,接串口到PC,使用motionStudio2 打開查看RVC 數據,不過這個數據一直在變化,所以最好是通過一般的串口工具來記錄最開始和轉180度后轉回0度(共計360度)的這個終點的值,然后打開LOG把兩個十六進制的數據RAW的值取出來 除以180度,得到百分比小于25%則滿足要求,越小越好。


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(最后的數據 - 最開始的數據一般復位后都是0)/180 < 25%,就是校準比較好的模塊。

 

2:挑出目測模塊誤差最小的模塊5到10片,放置掃地機上,打膠固定,RVC模式上電,同時掃地機充電半小時,充電完成后,復位模塊,保存模塊自學習當前溫度模式。如果一個模塊充電后不關電,可以不用復位直接在掃地機上跑。進行下一步測試。

 

3:把掃地機搬到場地,標記開始位置,模塊上電等待2秒,同時模塊連接電腦,使用motionStudio2打開查看RVC 實時數據,讓掃地機開始走工字線20分鐘后停止,搬回開始記錄位置,查看RAW角度,計算20分鐘平均誤差。然后復位模塊,保存剛才20分鐘模塊學習的數據。如圖5:


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圖 5

 

4:把學習后的模塊的PS1,PS0改成SHTP模式,連接電腦,Run “sh2_ftdi_logger.exe test.dsf --raw --calibrated --uncalibrated --mode=all” ? ,把DSF文件取出來分析查看DCD實際測試模塊誤差情況。


5:把模塊編號,記錄誤差,把模塊改成RVC模式,誤差越小說明模塊性能越好,挑出性能好的模塊進入掃地機清掃測試階段,再進行模塊一致性測試,高低溫測試,判斷模塊整體效果,隨溫度變化動態校準效果。

 

2)HOST 采用互動軟件測試流程如下:

 

1: 拿到工廠校準后的模塊后,研發開始需要把FSP200設置為RVC_Debug PS0=0,PS1=0模式。


通過PC軟件ftdi_binary_logger_RVC_Debug,連接模塊串口獲取掃地機靜止2到3分鐘的LOG.BIN數據,掃地機軟件需要設置原地靜止只開啟最大的風機和滾刷動作,分析LOG.BIN數據是為了判斷后續HOST端軟件設置多少時間來執行動態校準命令。

 

2:Host向FSP200發出的設備預期運動的通知有四種: 0是傳感器集線器假定的初始狀態,1 是靜止無振動,2 是靜止風機滾刷振動, 3是正常清掃。每切換一種狀態將對應的狀態命令發給FSP200,并且讀取FSP200的反饋信息來判斷是否執行動態校準指令。軟件設置好以后,將FSP200模塊飛線(VCC,GND,RX,TX)出來接PC串口,需要注意的是模塊需要裝入機內固定,打開電腦開啟ftdi_binary_logger_RVC_Debug軟件獲取掃地機從開始到清掃區域結束的實施運動數據,自動保存為LOG.BIN文件,通過LOG.BIN文件來分析HOST端的互動軟件設置是否正確。

 

3:如果互動軟件設置正確后,把FSP200 RVC-DEBUG模式切換為RVC  PS0=0,PS1=1模式,進行多臺機器清掃測試,記錄機器運行1個小時位置角度誤差,誤差越小說明模塊性能越好,再進行模塊一致性測試,高低溫測試,判斷模塊整體效果,隨溫度變化動態校準效果。


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