ARM7加速度数据采集系统设计

2011-06-16 10:37:47来源: 互联网

引言
    加速度传感器一直是加速度测试中的重要元件。随着微加速度计的应用越来越广泛,对于微加速度计的数据信号采集和存储变得极为重要。传统的数据采集方法多数是采用单片机完成的,编程简单、控制灵活,但控制周期长、速度慢,特别是对高速转换的数据来说,单片机的速度极大地限制了数据传输速度。
    目前,嵌入式系统的应用已经进入到一个高低并行发展的阶段。ARM处理器凭借体积小、功耗低、集成度高、硬件调试方便和操作系统可移植等优点,获得广泛的应用。本文采用基于ARM7TDMI-S核的32位微处理器AT91SAM7X256为控制核心,利用其内部自带的A/D转换器对采集到的加速度值进行转换。
    本文应用Model 1221单轴MEMS加速度计,输出信号经简单处理后直接外接到ARM7处理器上,只需对处理器的相应软件进行设置,省去了A/D转换电路,大大简化了电路复杂程度,并提高了数据处理的速度和精度。该加速度数据采集系统特别适用于对加速度和倾斜角的测量。它既可以测量动态加速度(如典型振动和冲击),又可以测量静态加速度(如重力加速度和惯性);既可以测量正加速度,又可以测量负加速度,因而可以作为斜率传感器使用。

1 总体设计方案
    加速度数据采集系统的总体结构如图1所示。系统主要由单轴加速度计、运放电路、ARM处理器(AT91SAM7X256)三部分组成。单轴加速度计经过电路配置被施加一定加速度后,输出相应大小的电压模拟信号,经运算放大电路处理后,直接送至ARM处理器的A/D处理端口。在处理器接收数据之前,首先要通过软件方式对处理器的A/D功能进行合理设置;处理后的数据经ARM处理器的存储寄存器缓存后,由ARM处理器采取中断的方式接收采集,并对采集到的数据作进一步处理;利用软件分析数据的大小,并将其转换成相应的信号,通过串口通信输出到PC机上实时显示。电源装置采用开关电源为传感器、ARM处理器以及其他外围电路提供所需的各种工作电压。

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2 Model 1221单轴MEMS加速度计简介
2.1 主要特点
    Model 1221单轴MEMS(Micro Electro MechanicalSysteros)加速度计就是使用MEMS技术制造的加速度计。由于采用了微机电系统技术,使得其尺寸大大缩小,一个MEMS加速度计只有指甲盖的几分之一大小。MEMS加速度计具有体积小、重量轻、功耗低等优点。它可以测量振动类型的动态加速度和重力类型的静态加速度,测量范围是±2g;采用5 V单电源供电,集成在单片集成电路上,具有分辨率高、捕获时间短、带宽宽等特点;工作温度范围为-55~85℃,适合工作在恶劣环境下。
2.2 工作原理
    技术成熟的MEMS加速度计分为3种:
    ①压电式MEMS加速度计。运用的是压电效应,在其内部有一个刚体支撑的质量块,有运动的情况下质量块会产生压力,刚体产生应变,把加速度转变成电信号输出。
    ②容感式MEMS加速度计。内部也存在一个质量块,从单个单元来看,它是标准的平板电容器。加速度的变化带动活动质量块的移动,从而改变平板电容两极的间距和正对面积,通过测量电容变化量来计算加速度。
    ③热感式MEMS加速度计。内部没有任何质量块,它的中央有一个加热体,周边是温度传感器,里面是密闭的气腔。工作时在加热体的作用下,气体在内部形成一个热气团,热气团的比重和周围的冷气是有差异的,通过惯性热气团的移动形成的热场变化让感应器感应到加速度值。
    由于压电式MEMS加速度计内部有刚体支撑的存在,通常情况下,压电式MEMS加速度计只能感应到“动态”加速度,而不能感应到“静态”加速度,也就是我们所说的重力加速度。而容感式和热感式既能感应“动态”加速度,又能感应“静态”加速度。
    Model 1221单轴MEMS加速度计内部包含了微机械电容传感单元、温度传感器、传感运放电路和差分输出电路,所有部件密封在一个迷你包装中。它是容感式MEMS加速度计,即测量电容值的改变来计算加速度。

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关键字:检测装置  加速度  Model  1221  AT91SAM7X256

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/0616/article_2714.html
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