6轴传感器模组-FSP200 校准和测试介绍
上海润欣科技股份有限公司创研社
导语：fsp200是一款6轴惯性测量单元处理器，提供航向和方向输出。它执行加速度计和陀螺仪传感器的融合处理，输出稳定和准确的航向和方向，fsp200适用于机器人产品，如消费类地板清洁产品、花园和草坪机器人、泳池清洁工以及酒店和医疗市场中使用的助理机器人。
这里我们来介绍上海润欣科技制作的fsp200传感器模组工厂出厂校准和研发应用测试流程。
fsp200模组工厂校准流程
简单校准系统包括单组夹具、电机、电机驱动器、起始位置传感器，电机按钮板和电源控制箱，如图1所示。
图1
开始校准前，还要确保fsp200简单校准系统处于水平状态，如图2所示。
图2
1：开始校准:按下cal button：
绿色发光二极管开始闪烁，表示模块处于“校准”模式。
2：校准运动（将电机转动180度）：
按下电机按钮板上的s2(绿色按钮) 电机会逆时针移动180度 ，继续下一步之前，等待电机转动180度。
3：完成校准：
再次按cal按钮，结束“校准”模式。校准结果看红绿发光二极管显示状态：如果模块通过校准，绿色发光二极管将变为绿色 ；如果模块校准失败，红色发光二极管将变为红色。
4：验证校准功能：
按下fsp200夹具板上的rst按钮，确保显示屏显示模块的航向(应接近0.00度)，按下电机按钮板上的s3按钮(蓝色按钮) ，将电机顺时针移动180度，等待电机停止，查看显示屏。验证航向读数应该在180+/-0.45°(179.55至180.45°)。
如图3所示：
图3
校准不成功：
如果在校准过程中的任何时候，“结果”红色发光二极管亮起，则有失败。
如果“结果”指示灯没有亮起，则可能是连接问题或电源问题。
如果验证步骤显示的值超出了规定的可接受范围，则模块校准失败。
如果出现任何这些故障，则从夹具中取出模块并安装回到夹具上，再试一次。
如果故障重复出现，则模块是坏的；如果模块通过，那么模块是好的。
研发应用测试流程举例
为了让扫地机器人导航达成最佳性能效果，我们模块除了在工厂进行传感器本身的尺度误差校准外，在实际应用研发初期我们还需要做大量减少误差的测试工作：通过适当实施推荐的操作以最大限度地减少误差来源，可以改善航向误差估计。
航向误差估计值会因为时间长短的不同造成变化，短期内因为陀螺仪尺度（或灵敏度）误差、而长期则因为陀螺仪偏移量（zro﹐ 零速率偏移量）。它可以从以下计算得知：
航向误差估计值 = 尺度误差 x 未消除旋转 + 零速率偏移量 x 时间
fsp200 提供三种接口：uart-rvc（ps0=0，ps1=1 如图4），uart-shtp（ps0=1,ps1=0），uart-rvc –debug （ps0=0, ps1=0），硬件设计的时候最好兼容这三种接口模式，方便切换测试。
图4
扫地机量产使用uart-rvc模式，测试模块性能的方式有互动软件测试和非互动测试。如下介绍改善zro的两种测试流程：
1）host 不采用互动软件测试流程如下：
1: fsp200 rvc模式在测试架上面完成校准后，接串口到pc,使用motionstudio2 打开查看rvc 数据，不过这个数据一直在变化，所以最好是通过一般的串口工具来记录最开始和转180度后转回0度（共计360度）的这个终点的值，然后打开log把两个十六进制的数据raw的值取出来 除以180度，得到百分比小于25%则满足要求，越小越好。
（最后的数据 - 最开始的数据一般复位后都是0）/180 < 25%，就是校准比较好的模块。
2：挑出目测模块误差最小的模块5到10片，放置扫地机上，打胶固定，rvc模式上电，同时扫地机充电半小时，充电完成后，复位模块，保存模块自学习当前温度模式。如果一个模块充电后不关电，可以不用复位直接在扫地机上跑。进行下一步测试。
3：把扫地机搬到场地，标记开始位置，模块上电等待2秒，同时模块连接电脑，使用motionstudio2打开查看rvc 实时数据，让扫地机开始走工字线20分钟后停止，搬回开始记录位置，查看raw角度，计算20分钟平均误差。然后复位模块，保存刚才20分钟模块学习的数据。如图5：
图 5
4：把学习后的模块的ps1,ps0改成shtp模式，连接电脑，run “sh2_ftdi_logger.exe test.dsf --raw --calibrated --uncalibrated --mode=all” ? ，把dsf文件取出来分析查看dcd实际测试模块误差情况。
5：把模块编号，记录误差，把模块改成rvc模式，误差越小说明模块性能越好，挑出性能好的模块进入扫地机清扫测试阶段，再进行模块一致性测试，高低温测试，判断模块整体效果，随温度变化动态校准效果。
2）host 采用互动软件测试流程如下：
1: 拿到工厂校准后的模块后，研发开始需要把fsp200设置为rvc_debug ps0=0,ps1=0模式。
通过pc软件ftdi_binary_logger_rvc_debug，连接模块串口获取扫地机静止2到3分钟的log.bin数据，扫地机软件需要设置原地静止只开启最大的风机和滚刷动作，分析log.bin数据是为了判断后续host端软件设置多少时间来执行动态校准命令。
2：host向fsp200发出的设备预期运动的通知有四种： 0是传感器集线器假定的初始状态，1 是静止无振动，2 是静止风机滚刷振动， 3是正常清扫。每切换一种状态将对应的状态命令发给fsp200,并且读取fsp200的反馈信息来判断是否执行动态校准指令。软件设置好以后，将fsp200模块飞线（vcc,gnd,rx,tx）出来接pc串口，需要注意的是模块需要装入机内固定，打开电脑开启ftdi_binary_logger_rvc_debug软件获取扫地机从开始到清扫区域结束的实施运动数据，自动保存为log.bin文件，通过log.bin文件来分析host端的互动软件设置是否正确。
3：如果互动软件设置正确后，把fsp200 rvc-debug模式切换为rvc ps0=0，ps1=1模式，进行多台机器清扫测试，记录机器运行1个小时位置角度误差，误差越小说明模块性能越好，再进行模块一致性测试，高低温测试，判断模块整体效果，随温度变化动态校准效果。
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fsp200模组工厂校准流程
简单校准系统包括单组夹具、电机、电机驱动器、起始位置传感器，电机按钮板和电源控制箱，如图1所示。
图1
开始校准前，还要确保fsp200简单校准系统处于水平状态，如图2所示。
图2
1：开始校准:按下cal button：
绿色发光二极管开始闪烁，表示模块处于“校准”模式。
2：校准运动（将电机转动180度）：
按下电机按钮板上的s2(绿色按钮) 电机会逆时针移动180度 ，继续下一步之前，等待电机转动180度。
3：完成校准：
再次按cal按钮，结束“校准”模式。校准结果看红绿发光二极管显示状态：如果模块通过校准，绿色发光二极管将变为绿色 ；如果模块校准失败，红色发光二极管将变为红色。
4：验证校准功能：
按下fsp200夹具板上的rst按钮，确保显示屏显示模块的航向(应接近0.00度)，按下电机按钮板上的s3按钮(蓝色按钮) ，将电机顺时针移动180度，等待电机停止，查看显示屏。验证航向读数应该在180+/-0.45°(179.55至180.45°)。
如图3所示：
图3
校准不成功：
如果在校准过程中的任何时候，“结果”红色发光二极管亮起，则有失败。
如果“结果”指示灯没有亮起，则可能是连接问题或电源问题。
如果验证步骤显示的值超出了规定的可接受范围，则模块校准失败。
如果出现任何这些故障，则从夹具中取出模块并安装回到夹具上，再试一次。
如果故障重复出现，则模块是坏的；如果模块通过，那么模块是好的。
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为了让扫地机器人导航达成最佳性能效果，我们模块除了在工厂进行传感器本身的尺度误差校准外，在实际应用研发初期我们还需要做大量减少误差的测试工作：通过适当实施推荐的操作以最大限度地减少误差来源，可以改善航向误差估计。
航向误差估计值会因为时间长短的不同造成变化，短期内因为陀螺仪尺度（或灵敏度）误差、而长期则因为陀螺仪偏移量（zro﹐ 零速率偏移量）。它可以从以下计算得知：
航向误差估计值 = 尺度误差 x 未消除旋转 + 零速率偏移量 x 时间
fsp200 提供三种接口：uart-rvc（ps0=0，ps1=1 如图4），uart-shtp（ps0=1,ps1=0），uart-rvc –debug （ps0=0, ps1=0），硬件设计的时候最好兼容这三种接口模式，方便切换测试。
图4
扫地机量产使用uart-rvc模式，测试模块性能的方式有互动软件测试和非互动测试。如下介绍改善zro的两种测试流程：
1）host 不采用互动软件测试流程如下：
1: fsp200 rvc模式在测试架上面完成校准后，接串口到pc,使用motionstudio2 打开查看rvc 数据，不过这个数据一直在变化，所以最好是通过一般的串口工具来记录最开始和转180度后转回0度（共计360度）的这个终点的值，然后打开log把两个十六进制的数据raw的值取出来 除以180度，得到百分比小于25%则满足要求，越小越好。
（最后的数据 - 最开始的数据一般复位后都是0）/180 < 25%，就是校准比较好的模块。
2：挑出目测模块误差最小的模块5到10片，放置扫地机上，打胶固定，rvc模式上电，同时扫地机充电半小时，充电完成后，复位模块，保存模块自学习当前温度模式。如果一个模块充电后不关电，可以不用复位直接在扫地机上跑。进行下一步测试。
3：把扫地机搬到场地，标记开始位置，模块上电等待2秒，同时模块连接电脑，使用motionstudio2打开查看rvc 实时数据，让扫地机开始走工字线20分钟后停止，搬回开始记录位置，查看raw角度，计算20分钟平均误差。然后复位模块，保存刚才20分钟模块学习的数据。如图5：
图 5
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5：把模块编号，记录误差，把模块改成rvc模式，误差越小说明模块性能越好，挑出性能好的模块进入扫地机清扫测试阶段，再进行模块一致性测试，高低温测试，判断模块整体效果，随温度变化动态校准效果。
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1: 拿到工厂校准后的模块后，研发开始需要把fsp200设置为rvc_debug ps0=0,ps1=0模式。
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2：host向fsp200发出的设备预期运动的通知有四种： 0是传感器集线器假定的初始状态，1 是静止无振动，2 是静止风机滚刷振动， 3是正常清扫。每切换一种状态将对应的状态命令发给fsp200,并且读取fsp200的反馈信息来判断是否执行动态校准指令。软件设置好以后，将fsp200模块飞线（vcc,gnd,rx,tx）出来接pc串口，需要注意的是模块需要装入机内固定，打开电脑开启ftdi_binary_logger_rvc_debug软件获取扫地机从开始到清扫区域结束的实施运动数据，自动保存为log.bin文件，通过log.bin文件来分析host端的互动软件设置是否正确。
3：如果互动软件设置正确后，把fsp200 rvc-debug模式切换为rvc ps0=0，ps1=1模式，进行多台机器清扫测试，记录机器运行1个小时位置角度误差，误差越小说明模块性能越好，再进行模块一致性测试，高低温测试，判断模块整体效果，随温度变化动态校准效果。
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