基于双轴加速度传感器的应用设计

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1、1ADXL202加速度传感器　　1．1ADXL202的引脚定义及基本特性　　ADXL202为单片集成电路，集成度高、结构简单，内部包含多晶硅表面微处理传感器和信号控制电路，以实现开环加速度测量结构。与其他加速度计相比，ADXL202可在很大程度上提高工作带宽，降低噪声影响，零重力偏差和温度漂移也相对较低。图1所示为ADXL202传感器的引脚定义。　　ST：自检，用于控制芯片自检功能。接VDD时，输出占空比为10％的波形，说明芯片正常工作。　　COM：引脚4、7。使用时需将2个COM端接在一起并接

2、地。　　T2：经电阻RSET接地，调节输出信号周期。输出信号周期T2=RSET／(125MΩS-1)。　　VDD：电源。工作电压范围为+3．O～+5．25V，可经过100Ω的去耦电阻接电源。　　XFILT、YFILT：经电容接地，用于改变带宽、滤除噪声和抑制零点漂移。　　Xout、Yout：输出。　　图2为ADXL202传感器的内部结构原理图。　　ADXL202传感器由振荡器，X、Y方向传感器，相位检波电路以及占空比调制器组成，具有数字输出接口和模拟电压信号输出接口。X、Y方向传感器是2个相互正

3、交的加速度传感器，它们同时工作，可以测量动态变化的加速度和恒定的加速度。传感器之后级连相位检波器，主要是用来修正信号，并对信号的方向做出判断。检波器输出的信号，通过一个32kΩ的电阻来驱动占空比调制器，通过在XFILT和YFILT引脚外接电容CX和CY来改变带宽。　　1．2测量数据的计算及处理　　(1)信号带宽的计算　　通过CX和CY来设定带宽，在XFILT和YFILT引脚接上电容，通过低通滤波器来减少噪声。3dB带宽的公式为：　　f=5μF／C(x，y)(电容最小值为l000pF)　　(2)加

4、速度的计算　　输出信号周期T2=RSET／(125MΩs-1)，如图3所示。　　信号通过低通滤波器之后，占空比调制器把信号转换为数字信号输出。通过T2引脚的外接电阻可以改变T2的周期(O．5～10ms)，这很适于在精度要求不同的场合下使用。输出的占空比信号通过计数器可以计算出占空比。加速度的计算可以通过下式得到：　　例如，当加速度为0g时，信号宽度T1与空闲宽度(T2一T1)相同，输出信号的占空比为50％；当加速度为1g时，信号宽度T1与空闲宽度(T2一T1)的比值为5：3，输出信号的占空比为6

5、2．5％。　　1．3ADXL202的典型应用　　ADXL202传感器最重要的应用之一是倾斜度的测量。在进行倾斜度测量时，需要让传感器的敏感轴(x轴)与重力方向垂直。如果与重力方向平行，物体倾斜对于加速度数据的影响可以忽略不计。图4所示为加速度测量的原理图。　　当ADXL202与重力矢量垂直时，其输出随倾斜度的变化大约为每度17．5mg，当两者呈45°时，输出变化值仅为每度12．2mg，分辨率降低。表1为倾斜角度与加速度变化的关系。　　2应用电路设计　　2．1硬件接口设计　　LPC2103是一个支

6、持实时仿真和跟踪的32位ARM7TDMI—SCPU，并带有8KB片内SRAM和32KB嵌入的高速片内Flash内存。LPC2103具有LQFP48的较小封装、极低的功耗、多个32位定时器、8路10位ADC、2个外部中断、最多可达32个GPIO。通过可编程的片内PLL(可能的输入频率范围：10～25MHz)可实现最高70MHz的CPU时钟频率。ADXL202传感器与LPC2103的接口电路如图5所示。　　ADXL202加速度传感器的T2经125kΩ电阻接地，可以得到信号输出的周期为1ms。13、1

7、4引脚接+5V电源，XFILT和YFILT经O．1μF电容接地，用于设置50Hz带宽。两路输出分别与LPC2103的PO．O和PO．2引脚相接，作为数据传输线。数据传输有两种方法，分别为普通GPIO口方式和定时器捕获中断方式。　　2．2普通GPIO口方式　　由于传感器输出均为DCM信号，无论采用什么方式进行数据接收，都需要定时器／计数器工作，对DCM信号进行计时处理。因此，程序首先要对定时器进行初始化。然后分别对DCM信号的高电平和低电平持续时间进行计时，得到T1、T2的值，再进行加速度计算。由

8、于默认情况下GPIO均为普通I／0方式，所以开始不用设置PIN—SEL寄存器。普通GPIO口方式程序如下：　　普通GPIO口方式的程序比较简单，虽然程序的执行需要时间，但由于LPC2103的主频可以达到40MHz，执行几条指令只需几微秒，所以产生的误差会很小。但普通GPIO方式程序执行时，CPU一直在等待上升沿或下降沿的到来，大大降低了CPU的使用效率。可以使用图5所示Xout与LPC2103的接口方式。　　2．3定时器捕获中断方式　　如图5所示，Yout与LPC2103的PO．2引脚相接，利用