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《基于MEMS加速度传感器的数字水平仪 (1).pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、2011年仪表技术与传感器2011第1期InstrumentTechniqueandSensorNo1基于MEMS加速度传感器的数字水平仪于玮,封维忠,武建军(南京林业大学信息科学技术学院,江苏南京210037)摘要:介绍了一种基于热对流式加速度传感器的二维高精度数字水平仪的设计方案。从数学模型入手,推导了倾角测量算法。采用硬件抑制、软件滤波的方法,最大限度地降低了外界干扰,解决了测量大角度时的零点漂移问题。研究结果表明:该仪器可以进行多种高精度的倾角测量。关键词:MEMS;数字水平仪;微控制器;抗干扰中图分类号
2、:TP212.9文献标识码:A文章编号:1002-1841(2011)01-0024-03DigitalInclinometerBasedonMEMSAccelerationSensorYUWe,iFENGWeizhong,WUJianjun(CollegeofInformationScienceandTechnology,NanjingForestryUniversity,Nanjing210037,China)Abstract:Thispaperdescribedadesignsolutionoftwodimens
3、ionalandhighprecisiondigitalinclinometerbasedonthermalaccelerometer.Startingfrommathematicalmode,litcalculatedthealgorithmofanglemeasurement.Outsideinterferencecouldbeminimizedinthemethodofsuppressionbyhardwareandfilteringbysoftware.Anditsolvedtheproblemthatzerowasdrift
4、ingwhenlargeanglesweremeasured.Resultsshowthattheinstrumentcanbeusedforvarioushighprecisionanglemeasurement.Keywords:MEMS;digitalinclinometer;MCU;antijamming0引言Y轴上,且与水平面的夹角分别为和.过O点向水平面作垂水平仪作为现代工业不可缺少的检测工具,在土木工程、线OH,再过O点向平面中的直线AB作垂线,交点为C.由几何[1]航空航海、工业控制等领域有着广泛应用。传统的气
5、泡水平关系知,传感器所在的平面OAB与水平面的夹角就是[3-4]仪误差较大,对于小角度精确测量更是无能为力。数字水平仪OCH。以其方便、快捷、精度高等特点在该领域受到越来越多的关注。设计响应速度更快、抗干扰能力更强、精度更高的数字水平仪就成为该领域的发展方向。文中介绍了基于MEMS技术的小型高精度数字水平仪。1倾角测量原理MXC62025G是低功耗、双轴加速度传感器芯片,可以在X轴和Y轴2个自由度上测量恒定或者变化的加速度。其内部加速度传感器部分采用热对流技术,结构如图1所示,正方形硅片的中间有一个热源,四周等间距放置4个热电偶。当
6、硅片图2倾角测量的数学模型hh水平放置时,由于四周关于热源的温度梯度是均匀的,所以4设OCH=,OH=h,则,OA=,OB=.sinsin个热电偶的温度相同,输出电压相同。反之,当硅片倾斜时,四因为OAOB,所以[2]周关于热源的温度梯度不均匀,因而输出电压不同。2222sin+sinAB=OA+OB=hsinsinOAOBhOC==ABsin2+sin2h22sin==sin+sinOC22所以,=arcsinsin+sin即,只要得到2个轴向倾角值就能求出平面真实倾角。2仪器设计图1加速度传
7、感器内部结构倾角测量原理如图2所示。线段OA和OB分别在X轴和21硬件电路设计2MXC62025G采用IC接口,量程2g,在25、3V的条收稿日期:2010-05-05件下,其灵敏度为512计数点/g.其硬件连接如图3所示,8脚第1期于玮等:基于MEMS加速度传感器的数字水平仪25上所加的直流电压VDD在27~36V之间,5脚VDD2上的电压2标准值为18V,但只要低于VDD上的电压值即可。由于IC接口是开漏输出,必须接上拉电阻才可输出高电平。图3传感器硬件连接图2主控器采用AT89C52单片机,由于此单片
8、机没有IC接2口,故将其通用I/O接口P10和P1.1模拟成IC接口的SDA和SCL.显示部分采用LCD显示倾斜角度,同时用发光二极管指示倾斜方向,通讯接口为RS-232标准接口。系统硬件结构框图如图4所
