1、ADXL202加速度傳感器

 

1.1 ADXL202的引腳定義及基本特性

 

ADXL202為單片集成電路，集成度高
、結構簡單，內部包含多晶矽表麵微處理傳感器和信號控製電路，以實現開環加速度測量結構。與其他加速度計相比，ADXL202可在很大程度上提高工作帶寬

，降低噪聲影響，零重力偏差和溫度漂移也相對較低。圖1所示為ADXL202傳感器的引腳定義。

 

 

ST：自檢

，用於控製芯片自檢功能。接VDD時，輸出占空比為10％的波形
，說明芯片正常工作。

 

COM：引腳4、7。使用時需將2個COM端接在一起並接地。

 

T2：經電阻RSET接地，調節輸出信號周期。輸出信號周期T2=RSET／（125 MΩS-1）。

 

VDD：電源。工作電壓範圍為+3．O～+5．25 V，可經過100Ω的去耦電阻接電源。

 

XFILT、YFILT：經電容接地，用於改變帶寬
、濾除噪聲和抑製零點漂移。

 

Xout
、Yout：輸出。

 

 

ADXL202傳感器由振蕩器，X、Y方向傳感器
，相位檢波電路以及占空比調製器組成，具有數字輸出接口和模擬電壓信號輸出接口。X、Y方向傳感器是2個ge相xiang互hu正zheng交jiao的de加jia速su度du傳chuan感gan器qi，它ta們men同tong時shi工gong作zuo，可ke以yi測ce量liang動dong態tai變bian化hua的de加jia速su度du和he恒heng定ding的de加jia速su度du。傳chuan感gan器qi之zhi後hou級ji連lian相xiang位wei檢jian波bo器qi，主zhu要yao是shi用yong來lai修xiu正zheng信xin號hao，並bing對dui信xin號hao的de方fang向xiang做zuo出chu判pan斷duan。檢jian波bo器qi輸shu出chu的de信xin號hao，通tong過guo一yi個ge32 kΩ的電阻來驅動占空比調製器

，通過在XFILT和YFILT引腳外接電容CX和CY來改變帶寬。

 

1.2 測量數據的計算及處理

 

（1）信號帶寬的計算

 

通過CX和CY來設定帶寬，在XFILT和YFILT引腳接上電容，通過低通濾波器來減少噪聲。3 dB帶寬的公式為：

 

f=5 μF／C（x，y） （電容最小值為l 000 pF）

 

（2）加速度的計算

 

輸出信號周期T2=RSET／（125 MΩs-1）

，如圖3所示。

 

 

信號通過低通濾波器之後

，占空比調製器把信號轉換為數字信號輸出。通過T2引腳的外接電阻可以改變T2的周期（O．5～10 ms），這很適於在精度要求不同的場合下使用。輸出的占空比信號通過計數器可以計算出占空比。加速度的計算可以通過下式得到：

 

例如，當加速度為0g時，信號寬度T1與空閑寬度（T2一T1）相同
，輸出信號的占空比為50％；當加速度為1g時，信號寬度T1與空閑寬度（T2一T1）的比值為5：3，輸出信號的占空比為62．5％。

 

1.3 ADXL202的典型應用

 

ADXL202傳感器最重要的應用之一是傾斜度的測量。在進行傾斜度測量時，需要讓傳感器的敏感軸（x軸）與重力方向垂直。如果與重力方向平行，物體傾斜對於加速度數據的影響可以忽略不計。圖4所示為加速度測量的原理圖。

 

 

當ADXL202與重力矢量垂直時，其輸出隨傾斜度的變化大約為每度17．5 mg
，當兩者呈45°時，輸出變化值僅為每度12．2 mg，分辨率降低。表1為傾斜角度與加速度變化的關係。

 

 

2
、應用電路設計

 

2.1 硬件接口設計

 

LPC2103是一個支持實時仿真和跟蹤的32位ARM7TDMI—S CPU，並帶有8 KB片內SRAM和32 KB嵌入的高速片內Flash內存。LPC2103具有LQFP48的較小封裝、極低的功耗、多個32位定時器、8路10位ADC
、2個外部中斷、最多可達32個GPIO。通過可編程的片內PLL（可能的輸入頻率範圍：10～25 MHz）可實現最高70 MHz的CPU時鍾頻率。ADXL202傳感器與LPC2103的接口電路如圖5所示。

 

 

ADXL202加速度傳感器的T2經125 kΩ電阻接地，可以得到信號輸出的周期為1 ms。13、14引腳接+5 V電源，XFILT和YFILT經O．1μF電容接地
，用於設置50 Hz帶寬。兩路輸出分別與LPC2103的PO．O和PO．2引腳相接，作為數據傳輸線。數據傳輸有兩種方法，分別為普通GPIO口方式和定時器捕獲中斷方式。

 

2.2 普通GPIO口方式

 

由於傳感器輸出均為DCM信號，無論采用什麼方式進行數據接收，都需要定時器／計數器工作，對DCM信號進行計時處理。因此
，程序首先要對定時器進行初始化。然後分別對DCM信號的高電平和低電平持續時間進行計時，得到T1、T2的值，再進行加速度計算。由於默認情況下GPIO均為普通I／0方式，所以開始不用設置PIN—SEL寄存器。普通GPIO口方式程序如下：

 

 

普通GPIO口方式的程序比較簡單
，雖然程序的執行需要時間，但由於LPC2103的主頻可以達到40 MHz，執行幾條指令隻需幾微秒
，所以產生的誤差會很小。但普通GPIO方式程序執行時，CPU一直在等待上升沿或下降沿的到來，大大降低了CPU的使用效率。可以使用圖5所示Xout與LPC2103的接口方式。

 

2.3 定時器捕獲中斷方式

 

如圖5所示，Yout與LPC2103的PO．2引腳相接，利用P0．2的功能複用，可以實現定時器捕獲中斷方式接收傳感器數據。主要程序段如下：

 

 

中斷處理程序運行之後，得到的信號周期應為T2=t1+t2。故加速度為（（（fp32）t1／（（fp32）t2+（fp32）t1））一O．5）*8。使用中斷服務程序大大提高了CPU的使用效率，但程序較為複雜，並且占用了一個中斷向量通道。

 

ADXL202傳感器的應用方法經過驗證完全可行，並且能夠達到較高的測量精度。由於集成度高，由ADXL202和ARM係列微控製器組成的係統完全可以用於汽車、火車等交通工具的安全控製係統。ADXL202在慣性導航、傾斜感應、地震監控及汽車保險等領域都有著廣泛的應用，精度高、集成度高
、功耗低等特點使之完全可以取代傳統的加速度傳感器。

 

 

推薦閱讀：