基于MEMS陀螺仪的地下管线测绘系统
本文将MEMS陀螺技术引入到城市地下管线测量中，利用MEMS陀螺对三轴加速度和三轴角速度进行测量，并利用测量结果进行解算，达到地下管线测绘目的。
在现代都市中，地下管道布局是一项重要的工作，它包括通讯、供水、燃气以及电力等方面，应选用信息化计量方法，建立地下管道计量体系。本项目拟采用惯性控制、遥感等方法，构建基于信息融合的地下管道测绘与管理模式，构建基于信息融合的地下管道测绘模式，为提高城市地下管道测绘水平提供技术支撑。对管道进行红外线和CT的扫描测量，并通过单击传送的方式进行操作，实现了对管道的实时监控，建立了一套适用于城市地下管道测量的电力传感系统，并对其进行了分析。
MEMS陀螺仪
不同于传统机械陀螺仪，MEMS陀螺仪是基于科里奥效应的一种惯性角速率传感器，其内部无需轴承，无转动部件，采用全固态装置，表现为体积小、智能化、价格低、可靠性高、抗大过载冲击、低功耗以及工作寿命长等特点。本文所用MEMS陀螺仪测绘装置主要分为三部分，即：里程计轮组、测绘装置主体和支撑轮组，所用Ericco Inertial System的测量单元为小型惯性测量单元ER-MIMU-07，重量只有不到70g，陀螺仪测量范围为±400°/s，零偏不稳定性为0.3°/h。该IMU中使用了高性能MEMS陀螺ER-MG-067，其零偏不稳定性为0.3°/h，角速度随机游走为0.125为°/√hr。为保证轮组连接可靠，拆卸方便，选用螺丝连接的方法，采用轮组替换方法，能适应地下管线的测量要求。MEMS陀螺仪结构如图1所示。
图1 MEMS陀螺仪结构
基于MEMS陀螺仪的系统结构
地下管线测绘系统应用MEMS陀螺仪实现相关数据的采集，再通过管道测绘处理所采集数据，以测量管道轨迹。
1. 主体结构
采用模块化的方式，通过简化组装过程，保证了设备的维修方便。采用机械连接部位的密封和防水处理，选用螺丝连接，保证了测量设备的防水能力。该测量设备的本体为60mm，长为435mm，其上有平滑的涂层和抗氧化的涂层。测量设备的一头是控制面板，上面安装着数据接口、开关和工作指示灯，而在另外一头，是可以替换的电池箱，MEMS陀螺安装有两个12 V的锂电池。
2. 轮组结构
地下管线测绘的轮组包括螺纹轴、支撑杆、滚轮、U型支架、限位螺母和轴承等组合而成，两个密封的轴承一起支承着滚轮，保证了滚轮的平稳运行。通过调节限制螺帽，可在较小的幅度内调节车轮组的直径，使之适用于各种口径。另外，该里程表组件还组装了一个连接本体的里程表数据传送界面，该结构防水性能较高。
地下管线测绘系统的设计实现
首先初始化数据采集模块、数据读取模块、数据存储模块以及开关模块，在MEMS陀螺仪发送数据过程中，将采集模块启动，向FIFO队列存储所采集数据，在FIFO队列数据超量时，需要发送数据至SD卡内，持续循环以上操作，持续向SD卡传输数据，直至设备电源关闭。
首先，数据采集模块。采集数据包含里程计数据、MEMS陀螺仪数据，后者通过422电平形式向外发送，所用波特率为921600bps。在对高速率的数据进行收集的过程中，这种方法的效率很高，可以保证数据的实时获取。但是，由于单次获取的资料比较多，导致CPU被占用，这时将传送到 SD卡内的资料就会被扰乱；因此，使用串行 DMA方式来进行数据的接收，可以很好的防止对内存的影响。
其次是资料储存部分。利用RS422完成DMA和串行通信，串行接口从 MEMS陀螺中获取的信息通过DMA传输到总线，直到收到全部的数据为止，这时串行闲置的终端将被激活，并将全部的数据存入BUF。从RS422上获取英里数数据，持续累计所触发脉冲数。融合两个传感器所采集数据，并在FIFO内部存储，并把FIFO数据传至SD卡内。图2为数据存储流程。
图2 数据存储流程
再次，数据读取模块。本模块的核心部分就是通过USB接口对SD卡进行读取。测试结束后，通过USB接口与PC机相连，实现对SD卡的实时存取，并对SD卡的内部信息进行读出。为了降低功率消耗，本设计在测试过程中处于非工作状态，测试结束后由电脑上的USB电源提供电源，通过PC机对实现对SD卡的存取。
结论
基于MEMS陀螺仪的城市地下管线地图绘制设备，利用有源设备搭载的地图设备，通过在管线中行走来实现对管线的轨道绘制。本文还介绍了来自Ericco Inertial System的MEMS IMU。
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ericco741@163.com
我是主要负责imu产品的一名外贸专员
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