[0001] 本实用新型涉及传感器技术领域，特别是指一种基于MCU带ARM架构的多传感器融合电路。

[0002] 多传感器融合(Mu l t i‑sensor Fus i on,MSF)是一种信息处理技术，它利用计算机技术将来自多个传感器或多源的信息和数据进行自动分析和综合，以完成所需的决策和估计。多传感器融合的基本原理类似于人脑综合处理信息的过程，将各种传感器进行多层次、多空间的信息互补和优化组合处理，最终产生对观测环境的一致性解释。ARM架构优点有性能高：ARM架构的处理器采用高效的指令集和流水线设计，使得处理器的性能较高。特别是在嵌入式系统领域，ARM架构的处理器具有很高的市场份额。支持的操作系统广泛：
ARM架构的处理器可以支持多种操作系统，如L i nux、Andro i d、i OS等。

[0003] 传统连接方式形成的系统，无法进行数据滤波。实用新型内容

[0004] 本实用新型提出一种基于MCU带ARM架构的多传感器融合电路，以解决现有技术所提到的多传感器数据融合对硬件算力要求过高等问题。

[0005] 为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

[0006] 一种基于MCU带ARM架构的多传感器融合电路，包括I MU、超声波单元、红外辐射单元、MEMS、传感器模块、滤波电路一、A/D转换器、MCU、D/A转换器、滤波电路二、保护电路和上位机；所述I MU、超声波单元、红外辐射单元、MEMS、传感器模块均采集模拟信号并传输给滤波电路，滤波电路对信号进行滤波处理后传输到A/D转换器中进行模数转换，经过A/D转换后的信号分别送入MCU、保护电路和上位机中，MCU接收到信号后进行信号处理并将每个传感器信号进行分离，分离后的信号分两路输出，一路通过D/A转换器、滤波电路二传输到A/D转换器中，另一路通过保护电路传输到上位机。

[0007] 作为本实用新型的进一步技术方案：所述传感器模块包括温度传感器、气压检测模块、十轴加速度计和陀螺仪，温度传感器的型号为DS18B20，气压检测模块的型号为LPS25HBTR，十轴加速度计的型号为I CM20948，陀螺仪的型号为MPU6050。

[0008] 作为本实用新型的进一步技术方案：所述MCU采用STM32F407ZGT6或STM32F429 I GT6单片机。

[0009] 作为本实用新型的进一步技术方案：所述滤波电路一为3.3V滤波，为MCU输出数据滤除噪声，滤波电路二为5V滤波，为传感器模块数据滤除噪声。

[0010] 作为本实用新型的进一步技术方案：所述上位机为jetson nano或x86处理器。

[0011] 在上述技术方案中，本实用新型提供的技术效果和优点：

[0012] (1)本方案进行数据融合所需要的算力要求较低，计算复杂度较小，不需要依托人工智能，大数据模型技术。

[0013] (2)本方案由硬件电路构成，MCU的编程较为简单，系统的上位机对数据的接收与处理较为简单。

[0014] (3)本方案所有元器件均为贴片元件，PCB电路为双层板电路，相较目前市场上数据融合方案，本方案大大降低了数据融合的成本。

[0017] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

[0018] 如图1所示，具体是一种基于MCU带ARM架构的多传感器融合电路，包括I MU、超声波单元、红外辐射单元、MEMS、传感器模块、滤波电路一、A/D转换器、MCU、D/A转换器、滤波电路二、保护电路和上位机；所述IMU、超声波单元、红外辐射单元、MEMS、传感器模块均采集模拟信号并传输给滤波电路，滤波电路对信号进行滤波处理后传输到A/D转换器中进行模数转换，经过A/D转换后的信号分别送入MCU、保护电路和上位机中，MCU接收到信号后进行信号处理并将每个传感器信号进行分离，分离后的信号分两路输出，一路通过D/A转换器、滤波电路二传输到A/D转换器中，另一路通过保护电路传输到上位机。

[0019] 所有的传感器都集成在一块PCB电路，所有传感器的输出端连接在集成最小系统MCU，MCU滤波电路排除掉信道噪音，MCU再利用FFT(快速傅里叶算法)将数据筛选出来，再根据数学物理公式将传感器数据转化成飞行控制所需要的飞行参数与实验数据，该方案在PC端可以将传感数据导出。

[0020] 工作原理如下：

[0021] 电源模块：为整体所有电路、传感器、MCU、上位机。

[0022] 滤波阵列：滤波阵列对不同的电信号进行滤波，滤除噪音信号。

[0023] 温度传感器DS18B20：DS18B20检测当前大气及飞行环境温度值。

[0024] 超声波传感器HC‑SR04：HC‑SR04检测正前方飞行路径。

[0025] 气压检测模块LPS25HBTR：LPS25HBTR检测当前大气及飞行环境的气压值。

[0026] 十轴加速度计ICM20948：ICM20948检测飞行器当前飞行速度及加速度。

[0027] 陀螺仪MPU6050：MPU6050为飞行器惯性检测单元。

[0028] MCU：微型处理器，对传感器检测数据进行数据预处理与数据处理。

[0029] 上位机：一般为jetson nano或x86处理器，运行人工智能单元或算力要求较高的算法。

[0030] 滤波阵列对不同电压值的电信号进行滤波，排除信道中的噪音信号保证信号转化的正确性；温度传感器DS18B20对飞行环境温度进行检测将温度模拟信号转换成电信号，等待处理；超声波传感器HC‑SR04对传感器正前方发射超声波，根据反射回超声波接收器的超声波信号，通过内置转换将反射路径转化成电信号，经过数据处理，保持在MCU寄存器中等待调用；气压检测模块LPS25HBTR对当前飞行环境的大气压进行检测，将气压值通过内部电路结构转换成相应电信号，滤波后通过串口通信进行传递；十轴加速度计I CM20948通过对飞行平台自身飞行加速度进行检测，通过MCU的阈值算法的控制，未达到阈值的信号全部滤除；所有传感器都将接入滤波阵列，信号线接入MCU各个IO端口中，数据预处理阶段在MCU中进行。

[0031] I MU、MEMS、超声波传感器、红外传感器.....各个传感器从外界获取到模拟信号，将模拟信号转换为电信号在电路中传递，为减轻数据处理，简化计算。所有刚传输至电路的电信号全部进行滤波处理，将信道中的噪音滤除，将滤波后的电信号进行模数转换，转化成数字信号由MCU接收，MCU接收到信号后进行FFT算法将每个传感器信号进行分离，气压检测模块、温度传感器、十轴加速度计检测的温度、气压、加速度数据，在未飞行阶段与低速阶段检测数据实际意义不大，在经过滤波阵列将信道噪音消除后，在ADC数模转换阶段，MCU设置一个阈值，将未达到阈值的数据进行清除，优化数据处理阶段。MCU的数据处理全由算法进行分类、处理、传输。再根据飞行实验所需，将需要的数据统一处理后，进行数模转换，转化成模拟信号传输到电路中。模拟信号进入到滤波电路，进一步滤除无关信号，再次将滤波后的模拟信号再次进行模数转换，将经过FFT处理后的传感器数据转化成数字信号由上位机接收。上位机预先通过数据卡等媒介，加载提前训练好的数据分类模型，经过DAC处理后的电信号数据通过串口传输至上位机后，所有电信号数据传输至深度学习分类模型，通过人工智能模型将所有传感器数据进行融合。上位机通过将各个传感器数据融合后，根据检测数据上位机对下位机发出纠偏、控制等信号对飞行姿态进行调整、纠正。以保证更好的飞行所有经过处理后的传感器数据都放入到SS寄存器中，放入堆栈区。便于实验结束后的存取。

[0032] 相对现有技术，本方案可以集成大部分所需要的传感器模块，将其数据通过PCB电路进行数据传输，传统杜邦线连接形成的系统，无法进行数据滤波。本方案体积较小，成本较低。

[0033] 对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。

[0034] 此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也已经适当组合，形成本领域技术人员易理解的其他实施方式。