微 型 航 姿 参 考 系 统

MAG -10A

用 户 指 南

2012 年 2 月10 日

‐10A 用户指南                                                                                                       Version 1.30 

1. 简介

CGSENS的微型航姿参考系统（AHRS）MAG-10A是一款微型的全姿态测量传感装置，它由三轴MEMS陀

螺、三轴 MEMS 加速度计、三轴磁阻型磁强计等三种类型的传感器构成。三轴陀螺用于测量载体三个

方向的的绝对角速率，三轴加速度计用于测量载体三个方向的加速度，在系统工作中，主要作用是

感知系统的水平方向的倾斜，并用于修正陀螺在俯仰和滚动方向的漂移，三轴磁阻型磁强计测量三

维地磁强度，用于提供方向角的初始对准以及修正航向角漂移。 微型航姿参考系统 MAG-10A 可提

供的输出数据有：原始数据、四元数、姿态数据等（产品外形如图 1 所示）。

图1 微型航姿参考系统（AHRS）MAG-10A外形）

2. 特性

实时三轴惯性输出；

大于 100Hz 的内部更新率；

尺寸小、重量轻；

低功耗；

RS-232/RS-485A 串行接口，方便连接。

3. 应用领域

车载控制系统；

航空航天电子系统；

虚拟现实系统；

平台稳定系统；

机器人控制等。

4. 工作原理及软硬件框图

CGSENS 微型航姿参考系统（AHRS）MAG-10A采用陀螺来测量载体的绝对角速率，然后载体的姿态

角（航向角、俯仰角和滚动角）就可以通过陀螺输出数据的特定的解算方法来获得。加速度计用于

确定MAG-10A初始的姿态，并修正并确定陀螺在水平方向 （俯仰角和滚动角） 的漂移 。三轴磁阻

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型磁强计用于提供方位角的初始对准以及修正陀螺的航向角漂移。微型航姿参考系统（AHRS）

MAG-10A 内部的嵌入式处理器中设计有传感器融合算法，重力测量值（通过加速度计）和磁北向

测量值（通过磁力计）有机融合并对漂移进行补偿，避免了因为角速率数据的积分运算带来的误差

的无限累积。而微型航姿参考系统（AHRS）MAG-10A 比无陀螺的电子罗盘具有很大的优势，在

动态情况下它能够精确解算航姿，而一般的电子罗盘只能在静态条件下运用，在动态情况下无法得

到精确的航姿信息。微型航姿参考系统（AHRS）MAG-10A 可以可靠提供全姿态信息和原始数据，

数据更新率可达到 100Hz 以上。

图2 微型航姿参考系统（AHRS）MAG-10A硬件框图

图3 微型航姿参考系统（AHRS）MAG-10A 软件框图

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5. 规格

表1 MAG-10A 绝对最大额定值

性能指标 参 数 单位

供电电压 (Vss-Vdd) -0.3 … +9 V

引脚电压范围 -7 … +12 V

结温 +125 ºC

表2 MAG-10A 性能指标

性能指标 参 数 单位

输出数据格式 原始数据、姿态角、四元数

内部更新率 100 Hz

启动时间 < 1 sec

静态角度误差（俯仰、滚动） ± 0.1 degree

动态角度误差（俯仰、滚动） ± 1.0 degree

静态角度误差（航向） ± 0.5 degree

动态角度误差（航向） ± 2 degree

航向角分辨率 <0.1 degree

加速度计测量范围 ± 2, ± 4, ± 8, g

加速度计零偏稳定性 ± 0.003 (± 2g) g

加速度计非线性 0.2 % -

速率陀螺测量范围 ± 300, ± 500 , ± 2000 °/sec

速率陀螺零偏稳定性 ± 0.2 ( 在 ± 300°/秒时) °/sec

速率陀螺非线性 0.2 % -

磁力计测量范围 ±1.3 Gauss

磁力计非线性 0.4 % -

磁力计零偏稳定性 0.01 Gauss

短时冲击 500 (Not reinforced) g

表3 MAG-10A 电气特性

电气特性 最小 典型 最大 单位

供电电压 4.5 5.0 9.0 V

供电电流 40 60 80 mA

功耗 <300 mW

表4 MAG-10A 物理特性

物理特性 参 数 单位

尺寸 28x34x19(长x宽x高) mm

重量 18 gram

规定温度范围 +25 ºC

工作温度范围 -25 +70 ºC

存储温度范围 -25 +80 ºC

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表5 MAG-10A 引脚定义

序号 名称 功 能

1 +5V 供 电

2 RX/B RS232/B-RS485

3 TX/A RS232/A-RS485

4 GND 地

A/B

从陀螺仪、加速度计、磁力计以及内部温度传感器得到的数据，全部被传输到嵌入式系统-数字

信号处理器（DSP）中。数字信号处理器（DSP）依据特定的算法以及存储在 Flash 存储器中的标定

数据处理来自传感器的原始数据，作为其基本算法，微型航姿参考系统（AHRS）MAG-10A 采用

自适应卡尔曼滤波算法，该算法能够自动调整并适应不断变化的动态条件，而无需外部人为的干预。

每一个微型航姿参考系统（AHRS）MAG-10A 产品均在特定的环境实验条件下，并参考已知

温度下的加速度、角速率和磁场进行全面的标定，并将标定数据输入每个产品中。用户可以通过 串

口收发接口接收航姿信息及原始数据，同时也可以通过命令方式进行交互操作（详见微型航姿参考

系统（AHRS）MAG-10A 通信协议） 。微型航姿参考系统（AHRS）MAG-10A 的供电电源标准值

为 DC+5.0V，数据线和电源线整合在一个接插装置中，方便使用，各引脚定义参见表 3。

6. 机械尺寸

微型航姿参考系统（AHRS）MAG-10A尺寸如图4所示。

图4 微型航姿参考系统（AHRS）MAG-10A尺寸

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7 通讯协议及使用

7.1 通讯接口及设置参数

微型航姿参考系统（AHRS）MAG-10A接口采用标准RS232和RS485A串行接口，系统加电后，

程序在处理器中运行，并通过串行接口连接通讯，启动时间小于 1 秒。接口参数设置如表 6：

表 6

波特率 115200

数据位数 8

校验位 无

停止位 1

7.2 通讯协议结构

微型航姿参考系统（AHRS）MAG-10A 的通讯协议采用统一的报文包结构形式，有效传输数

据长度为 0-255 字节，总长度为 5-260 字节。其结构形式如下：

PRE  BID  MID  LEN  DATA  CS 

 

表 7

字节段 字节数 描 述

PRE 1 字节 首字节，表示包起始（0xFA）

BID 1 字节 设备地址（默认：0x01）

MID 1 字节 报文种类（命令）

LEN 1 字节 数据长度

DATA 0 – 255 字节 数据

CS 1 字节 校验位

首字节（起始字节）(PRE)   

每个消息包都以该字节作为起始字节，是一个特定字节，本版本下首字节为 0xFA（250）。

设备地址（BID） 

每个微型航姿参考系统（AHRS）MAG-10A/都有的设备地址定义，默认为0x01（1） 。

报文种类（命令）（MID） 

该字节段表示何种报文（命令），具体意义见 7.3。

数据长度  (LEN)   

表示数据（DATA）的长度，取值为 0-255。如果为 0，表示无数据字节。

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数据(DATA)   

报文中包含的有效数据，数据大小由数据长度（LEN）限定。

校验位（CS）   

该字节段为一个字节，是报文的校验字节。它是由除其本身外所有字节的异或（XOR）计算得出。

7.3 通讯协议

一般每个报文包含特定的 MID 值，以及和报文种类（命令）MID 相对应的数据长度的数据。用

户使用的协议通常包括：

完全数据输出方式（原始数据）；

完全数据输出方式；

姿态角输出方式；

四元数输出方式；

姿态角及四元数输出方式。

7.3.1    输入报文格式 

输入报文内容包括：

AHRS0 AHRS1, AHRS2, AHRS3, AHRS4 命令

AHRS0 命令-完全数据输出方式（原始数据），连续输出 MID=0x80，单步输出 MID=0x81；

AHRS1 命令-完全数据输出方式 ，连续输出 MID=0x82，单步输出 MID=0x83；

AHRS2 命令-姿态角输出方式，连续输出 MID=0x84，单步输出 MID=0x85；

AHRS3 命令-四元数输出方式，连续输出 MID=0x86，单步输出 MID=0x87；

AHRS4 命令-姿态角及四元数输出方式，连续输出 MID=0x88，单步输出 MID=0x89；

停止命令：FA 01 FF 00 04

在收到输入报文后，微型航姿参考系统（AHRS）MAG-10A 将立即响应，并执行相应的命令，

连续或单步输出相应报文信息。

输入报文示例：

AHRS1 命令 – 完全数据输出方式；

输出报文：

0xFA 0x01 0x82 0x00 0x7B

输出报文：

0xFA 0x01 0x82 0x40 LL LH HL HH … … … … LL LH HL HH CS

\________（数据区 64 字节）________/

输出的报文前三个字节和输入报文相同，表示设备连接正常。第 4 字节为数据长度，0x40

（64），表示数据区有 64 个字节的有效数据，末尾字节 CS 为前面所有字节的异或（XOR）。

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7.3.2    输出报文格式 

如上面描述，用户可选择上述任一方式。

表 8：输出报文格式

字节段 字节数 字节号 描 述

PRE 1字节 0 首字节，表示包起始（0xFA）

BID 1字节 1 设备地址（默认：0x01）

MID 1字节 2 报文种类（命令）

LEN 1字节 3 数据长度

Data1 4字节 4-7 数据Data1

DataN 4字节 4N 数据DataN

CS 1字节 4(N+1) 校验位

表 9：AHRS0 命令-完全数据输出方式（原始数据），连续输出 MID=0x80，单步输出 MID=0x81

字节段 字节数 字节号 描 述

PRE 1字节 0 首字节，表示包起始（0xFA）

BID 1字节 1 设备地址（默认：0x01）

MID 1字节 2 0x80（或0x81）

LEN 1字节 3 0x40（64）

Acc1 4字节 4-7 X轴加速度计原始数据 (mg)

Acc2 4字节 8-11 Y轴加速度计原始数据 (mg)

Acc3 4字节 12-15 Z轴加速度计原始数据 (mg)

Gyro1 4字节 16-19 X轴陀螺角速率原始数据 (rad/s)

Gyro2 4字节 20-23 Y轴陀螺角速率原始数据 (rad/s)

Gyro3 4字节 24-27 Z轴陀螺角速率原始数据 (rad/s)

Mag1 4字节 28-31 X轴磁强计原始数据 (mguass)

Mag2 4字节 32-35 Y轴磁强计原始数据 (mguass)

Mag3 4字节 36-39 Z轴磁强计原始数据 (mguass)

Quat0 4字节 40-43 四元数1 W (scalar)

Quat1 4字节 44-47 四元数2 X

Quat2 4字节 48-51 四元数3 Y

Quat3 4字节 52-55 四元数4 Z

Roll 4字节 56-59 滚动角 (deg)

Pitch 4字节 60-63 俯仰角(deg)

Yaw 4字节 64-67 方位角(deg)

CS 1字节 68 校验位

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表 10：AHRS1 命令-完全数据输出方式，连续输出 MID=0x82，单步输出 MID=0x83

字节段 字节数 字节号 描 述

PRE 1字节 0 首字节，表示包起始（0xFA）

BID 1字节 1 设备地址（默认：0x01）

MID 1字节 2 0x82（或0x83）

LEN 1字节 3 0x40（64）

Acc1 4字节 4-7 X轴加速度计(mg)

Acc2 4字节 8-11 Y轴加速度计(mg)

Acc3 4字节 12-15 Z轴加速度计(mg)

Gyro1 4字节 16-19 X轴陀螺角速率(rad/s)

Gyro2 4字节 20-23 Y轴陀螺角速率(rad/s)

Gyro3 4字节 24-27 Z轴陀螺角速率(rad/s)

Mag1 4字节 28-31 X轴磁强计(mguass)

Mag2 4字节 32-35 Y轴磁强计(mguass)

Mag3 4字节 36-39 Z轴磁强计(mguass)

Quat0 4字节 40-43 四元数1 W (scalar)

Quat1 4字节 44-47 四元数2 X

Quat2 4字节 48-51 四元数3 Y

Quat3 4字节 52-55 四元数4 Z

Roll 4字节 56-59 滚动角 (deg)

Pitch 4字节 60-63 俯仰角(deg)

Yaw 4字节 64-67 方位角(deg)

CS 1字节 68 校验位

表 11：AHRS2 命令 - 姿态角输出方式，连续输出 MID=0x84，单步输出 MID=0x85

字节段 字节数 字节号 描 述

PRE 1字节 0 首字节，表示包起始（0xFA）

BID 1字节 1 设备地址（默认：0x01）

MID 1字节 2 0x82（或0x83）

LEN 1字节 3 0x0C（12）

Roll 4字节 4-7 滚动角 (deg)

Pitch 4字节 8-11 俯仰角(deg)

Yaw 4字节 12-15 方位角(deg)

CS 1字节 16 校验位

表 12：AHRS3 命令 -四元数输出方式，连续输出 MID=0x86，单步输出 MID=0x87

字节段 字节数 字节号 描 述

PRE 1字节 0 首字节，表示包起始（0xFA）

BID 1字节 1 设备地址（默认：0x01）

MID 1字节 2 0x82（或0x83）

LEN 1字节 3 0x0C（12）

Quat0 4字节 4-7 四元数1 W (scalar)

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Quat1 4字节 8-11 四元数2 X

Quat2 4字节 12-15 四元数3 Y

Quat3 4字节 16-19 四元数4 Z

CS 1字节 20 校验位

表 13：AHRS4 命令-姿态角及四元数输出方式，连续输出 MID=0x88，单步输出 MID=0x89

字节段 字节数 字节号 描 述

PRE 1字节 0 首字节，表示包起始（0xFA）

BID 1字节 1 设备地址（默认：0x01）

MID 1字节 2 0x82（或0x83）

LEN 1字节 3 0x1C（28）

Quat0 4字节 4-7 四元数1 W (scalar)

Quat1 4字节 8-11 四元数2 X

Quat2 4字节 12-15 四元数3 Y

Quat3 4字节 16-19 四元数4 Z

Roll 4字节 20-23 滚动角 (deg)

Pitch 4字节 24-27 俯仰角(deg)

Yaw 4字节 28-31 方位角(deg)

CS 1字节 32 校验位

8 SY2303ZJH 驱动安装

在光盘中，Driver 目录下有 SY2303ZJH 的驱动安装程序，转接盒采用 USB 转 RS485/RS232 的方

案，USB 芯片采用 PL-2303 接口芯片。用户可使用配套光盘提供的驱动，也可以到 PL-2303 官方网

站下载该芯片的驱动程序并安装。

双击安装程序 PL2303_Prolific_DriverInstaller_v1.6.0 将出现如下界面（图 5）

图 5 驱动安装启动

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图 6 驱动安装完成

当出现图 6 所示界面后，点击“完成”，这样就完成了驱动的安装。

当插上 SY2303ZJH 的 USB 电缆插头后，发现硬件，需要继续安装，完成后打开“控制面板”的

“设备管理器”，可以发现系统中就有了安装的虚拟串口，如图 7所示，安装后在端口中可以看到安

装的 COM 口 Prolific USB-to-Serial Bridge(COM4)。

图 7 安装后插上 USB 电缆出现 COM 口

9 TinyCapture 演示软件使用

9.1 TinyCapture简介

TinyCapture软件是专门为MAG-10A系列微型航姿参考系统（MAHRS）设计的演示软件，主要

用于MAG-10A系列产品的演示和实验。

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主要功能：采用图形方式显示三轴加表、三轴陀螺、三轴磁阻等的输出数据，显示解算得到的

全方位姿态信息；采用三维图形（模型）直观显示运动状态；记录实时测试数据和操作记录。

TinyCapture 软件采用绿色软件设计理念，免安装。

TinyCapture 软件启动运行后的界面如图 8 所示。

图 8 TinyCapture 启动界面

9.2 设备连接及设置

点击界面菜单“Config”,弹出 SetComPort 界面如图 9 所示。通过下拉菜单可以选择设备地址

Device（Device1/Device2/……）对应地址为 0x01、0x02、… 。也可选择 Com 端口，设置好后点击

“OK”。

图 9 TinyCapture 选择串口和设备地址

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设置好设备地址和 Com 口后，就可以选择 Device 下拉菜单来连接设备了，或在启动后断开连接。

如图 10 所示。

图 10 TinyCapture 选择连接或断开

9.3 显示数据曲线

如果设置正确，连接设备后，在左边 4 个图形框中就可以实时显示数据曲线。这 4 个图形框分

别显示三轴陀螺、三轴加表、三轴磁阻的原始数据以及解算的姿态信息（Roll/Pitch/Yaw）。如图

11 所示。

图11 MAG-10A连接后数据和图像显示

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9.4 显示三维图形（模型）

图 11 中，右图是微型航姿参考系统（MAHRS）的运动姿态的三维图形显示画面，三维图形运动

姿态和解算的姿态角相对应。

为了提供更加直观的显示效果，TinyCapture 软件还可以加载三维模型，目前版本支持 OBJ 文

件格式。加载模型可以在图形框点击右键，将出现如图 12 的界面。

图 12 在图形框中右击，选择加载其它模型

其中，Default Model 是默认图形，而选择 Load Model 可加载三维模型文件，加载界面如图 13

所示。

图 13 查找模型（ObjModel 文件）并选择

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当加载了 OBJ 文件后，一个三维模型就被加载了，图 14 中就是加载了 plane.OBJ 文件后的效果，

可以看到一个三维模型飞机被加载并显示了。

图 14 选择模型并确认后效果

9.5 数据记录和操作信息记录

在软件界面的左上角，有 和 两个按钮，分别用于保存记录实时数据和停止保存记录。当

进行了该项操作后，在当前运行软件所在目录下将生成两个文件 DataRecord.TXT 和 Log.TXT。

DataRecord.TXT 中记录三轴陀螺、三轴加表、三轴磁阻的原始数据以及解算的姿态信息

（Roll/Pitch/Yaw），Log.TXT 中记录操作信息。需要注意的是，记录的文件将被下次记录的文件所

覆盖，所以如果需要保存数据，请将记录的数据文件拷贝到其它指定目录中。

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