為了提高慣性導(dǎo)航儀的啟動(dòng)速度，需要利用歐拉角求取初始的四元數(shù)，首先根據(jù)運(yùn)動(dòng)體上三軸加速度計(jì)輸出的三軸加速度（ fx，fy，fz），求取俯仰角θ與橫滾角φ
利用公式（3-5）和（3-7）可以完成對(duì)四元數(shù)的初始化工作。
3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
3.1 iNEMO模塊簡(jiǎn)介
iNEMO慣性導(dǎo)航模塊的基本原理如圖2所示，利用MEMS傳感器和主控芯片STM32F103RET6提供動(dòng)靜態(tài)方向和慣性測(cè)量功能。集成3個(gè)（4種）意法半導(dǎo)體傳感器 ：3軸陀螺儀（L3GD20）、3軸加速度計(jì)+3軸磁力計(jì)（LSM303DLHC ）以及氣壓傳感器 （LPS331AP ），iNEMO傳感器平臺(tái)主控制器通過I2C總線與各傳感器通信。iNEMO傳感器平臺(tái)可以通過串口向外界提供各傳感器原始數(shù)據(jù)，還可以提供各傳感器經(jīng)AHRS算法融合后的橫滾、偏航及俯仰角度。
3.2 主控制器電路設(shè)計(jì)
圖3為系統(tǒng)主控板電路圖，其中處理器采用了STM32F103VCT6，STM32系列單片機(jī)以Cortex-M3為內(nèi)核，時(shí)鐘頻率可達(dá)到72M Hz，具有豐富的片內(nèi)外設(shè)，高性能、低成本、低功耗的特點(diǎn)使其成為32位產(chǎn)品用戶的最佳選擇。主控板拓展了多個(gè)串行接口，和iNEMO腿部模塊、iNEMO腰部模塊和GPRS模塊進(jìn)行串口通信。穩(wěn)壓芯片選用了LM2576D2T-5，其最大輸入電壓為45V，可穩(wěn)定輸出5V電壓，再經(jīng)過REG1117-3.3的穩(wěn)壓電路，產(chǎn)生3.3V工作電壓，當(dāng)電流異常導(dǎo)致溫度過高時(shí)，保險(xiǎn)絲F1、F2可以自身熔斷切斷電流，起到保護(hù)電路的作用。另外主控電路還包括復(fù)位電路、晶振電路、電容濾波電路以及JTAG下載接口等。
圖3 主控板電路圖
3.3 GPRS電路設(shè)計(jì)
圖4為GPRS電路圖，主要包括MCU、SIM300模塊、SIM卡卡槽、穩(wěn)壓電路四部分。MCU同樣采用了STM32F103VCT6，圍繞它設(shè)計(jì)了單片機(jī)最小系統(tǒng)，包括晶振電路、復(fù)位電路、電容濾波電路等，MCU通過串口向SIM300發(fā)送控制指令以及接收SIM300返回的數(shù)據(jù)；SIM300模塊與PCB板的連接方式為60引腳的板板連接器，全部引腳從該連接器引出，SIM300的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)指示燈引腳可根據(jù)模塊的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)輸出不同頻率的電壓脈沖，方便觀測(cè)模塊是否正常工作，對(duì)于不需要用的音頻接口、LCD接口等，對(duì)應(yīng)的引腳懸空即可；穩(wěn)壓芯片選擇方面，可以使用開關(guān)型穩(wěn)壓芯片或者LDO線性穩(wěn)壓芯片，開關(guān)型穩(wěn)壓芯片轉(zhuǎn)換效率高，但是需要的外圍器件較多，且多為功率器件，占用空間比較大，為了節(jié)省PCB空間，設(shè)計(jì)中采用MIC5219-3.3BM5穩(wěn)壓芯片作為SIM300的電源調(diào)理芯片。
