基于SOC的高精度倾角测量系统的设计

2011-05-27 21:53:29来源: 电子设计工程

  在地质石油勘探、设备安装、道路桥梁建设等工程应用以及机器人控制、坦克和舰船火炮平台控制、飞机姿态控制等系统的自动水平调节中,都需要高精度的倾角测量。但高精度的倾角,测量设备通常体积较大,成本高,使许多工程应用受到限制。本文从倾角的高精度测量出发,着重介绍了倾角传感器输出稳定性处理、温度补偿、非线性处理(正弦曲线拟合)、信号调理及其测量电路的特殊处理等。

  1 倾角测量系统的硬件设计

  倾角测量系统硬件部分主要由MEMS传感器(含双轴倾角传感器和温度传感器)、SOC电路、数据处理及传输和其他辅助电路等模块组成。倾角测量系统的组成框图如图1所示。

倾角测量系统的组成框图

  1.1 MEMS倾角传感器接口

  MEMS倾角传感器采用芬兰VTI Technologies公司的SCA100T系列中的SCA100T-D01,测量范围为±30°。SCA100T系列是采用微机电系统(MEMS)技术制造的一款高分辨率双轴倾角传感器。SCA100T-D01数字输出分辨率为0.035°/LSB,模拟输出分辨率为0.002 5°。模拟输出的分辨率大大高于数字输出的分辨率,故本设计采用其模拟输出。模拟输出将涉及较为复杂的模拟信号处理,如果模拟信号处理不当,系统的分辨率和精度将大打折扣,有时甚至还不如数字输出。采用合理的模拟信号处理电路是保证系统精度的方法之一。

  SCA100T-D01内置温度传感器,可以通过其自带的SPI数字接口读取温度值,并在处理器中进行相应的温度补偿。这是保证系统精度的又一方法。

  1.2 阻抗匹配及放大

  SCA100T-D01输出阻抗为10 kΩ,为保证MEMS倾角传感器SCA100T-D01输出的信号有效地传递,即要求衰减最小,设计中采用了具有高输入阻抗的场效应管型运放TL081设计了阻抗匹配电路,采用同相输入,以提高输入阻抗。

  信号放大电路采用ICL7653斩波稳零运算放大器来完成,如图2所示。ICL7653具有极低的失调电压和偏置电流,具有较高的工作稳定性和优良的高精度放大功能。ICL7653斩波稳零使用内部时钟时,在CA、CB与CR端之间加上0.1 μF的低泄放、高稳定性的聚酯或聚丙烯电容。同时在双电源接入端进行滤波和去耦处理。

信号放大电路

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关键字:SOC  倾角测量

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2011/0527/article_2159.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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