采用加速度传感器的角度测量仪系统硬件电路设计

2015-04-20 09:26:35来源: elecfans 关键字:加速度传感器  角度测量仪  ADXL202
  在现代控制系统中角度测量装置是非常关键的需要高精度的部件,其测量精度直接影响着整个系统的性能和精度。目前已有的利用的加速度传感器实现高精度角度测量的研究,主要侧重于单轴的角度测量。本文将重点讨论利用双轴加速传感器ADXL202实现高精度角度测量的硬件方法。

  本角度测量仪采用STM32F107作为数据处理的核心芯片。这是一款低功耗、高速度的32位处理器,拥有Cortex-M3内核。角度测量模块使用的是高精度、低功耗双轴加速度传感器ADXL202,能将加速度信号转换成数字方波信号输出,可直接与STM32F107连接,通过一定的算法即可计算出当前的倾斜角度。显示模块使用的是12864ZW型128×64的点阵液晶显示器。

  角度测量模块

  角度测量模块使用的是ADI公司出品的低成本、低功耗、高精度的双轴加速度传感器 ADXL202,其测量范围为-2g~+2g,既能测量动态加速度,又能测量静态加速度。它的工作电压是3.0~5.25 V,工作电流低于0.6 mA,最高主频可达到70 MHz,所以从功耗、灵敏度和精确度考虑,选择ADXL202作为角度测量模块的核心芯片。

  

  图 ADXL202的功能结构框图

  角度测量模块硬件电路设计

  为保证ADXL202高精度稳定的工作,需要根据芯片技术文档和实际使用情况,来配置信号周期滤波电容(决定信号的带宽)。ADXL202的输出信号是脉宽占空比调制信号,占空比T1/T2与被测加速度成正比。0g时,其输出为50%占空比,灵敏度为每g所引起的脉宽占空比变化12.5%。查阅芯片的技术文档,可以通过电阻RSET来设定DCM的周期:ADXL202 通过XFILT、YFILT外接电容CX、CY来设定ADXL202的带宽,这个带宽决定了它的测量精度,同时电容CX、CY可以去混叠和滤波。为了使脉宽占空比的误差最小,模拟带宽应比脉宽占空比的频率低1/10。对技术文档提供的表2进行分析,并考虑设定T2为1 ms,脉冲占空比频率为1 kHz,为满足实际需要和DCM误差最小的要求,选择0.05μF的滤波电容,此时模拟带宽为100 Hz。根据芯片的引脚配置图和以上的各类配置,可以设计角度检测模块的硬件电路,其电路原理如图4所示,其脉冲输出端直接与STM32F107的I/O口相连。

  

  角度采集原理图

  由图可知,ADXL202是基于单片集成电路的完善的双轴加速度测量系统,对X、Y轴而言,输出环路将加速度信号转换为脉宽占空比的数字信号输出,这些数字信号可直接传输给STM32F107,无需A/D转换或其他附加的其他电路。

  本文论述了一种基于ADXL202的高精度角度测量仪的研究和设计方法,对ADXL202的角度测量原理和STM32F107的输入捕获功能进行了详细的介绍。经实验测试,该测量仪能高精度地完成角度测量,而且可靠性好,对角度测量的研究和设计有着积极的意义。

关键字:加速度传感器  角度测量仪  ADXL202

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0420/article_11442.html
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