在现代操控体系中，视点丈量设备是十分要害的需求高精度的部件，其丈量精度直接影响着整个体系的功用和精度。例如施工 升降机上有视点测控组织来操控起降;火箭炮瞄准体系中都有很多的视点传感器，实时检测炮塔偏转视点，以便对火箭炮瞄准进行调整。现在已有的运用的加快度传 感器完结高精度视点丈量的研讨，首要侧重于单轴的视点丈量。本文将要点评论运用双轴加快传感器ADXL202完结高精度视点丈量的软硬件办法。
1 视点丈量仪体系硬件方案规划
本视点丈量仪选用STM32F107作为数据处理的中心芯片。这是一款低功耗、高速度的32位处理器，具有Cortex-M3内核。视点丈量模块运用的是高精度、低功耗的双轴加快度传感器ADXL202，能将加快度信号转化成数字方波信号输出，可直接与STM32F107衔接，经过必定的算法即可核算出当时的歪斜视点。显现模块运用的是12864ZW型128×64的点阵液晶显现器，图1所示为视点丈量仪硬件结构框图。
图1 视点丈量仪硬件结构框图
2 视点丈量模块
角 度丈量模块运用的是ADI公司出品的低本钱、低功耗、高精度的双轴加快度传感器ADXL202，其丈量规模为-2g～+2g，既能丈量动态加快度，又能测 量静态加快度。它的作业电压是3.0～5.25 V，作业电流低于0.6 mA，最高主频可到达70 MHz，所以从功耗、灵敏度和精确度考虑，挑选ADXL202作为视点丈量模块的中心芯片。图2是它的功用结构框图。
图2 ADXL202的功用结构框图
由图2可知，ADXL202是依据单片%&&&&&%的完善的双轴加快度丈量体系，对X、Y轴而言，输出环路将加快度信号转化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转化或其他附加的其他电路。
ADXL202 由振荡器、X和Y轴传感器、相位解调器和脉宽占空比解调器组成，它的功用完结进程是，X、Y轴传感器遭到加快度力后输出振幅改动的方波，输出方波的振幅与 加快度成正比。相位解调器能够对输出的方波信号进行批改并提取信息，然后判别加快度方向。相位解调器的输出会经过一个低通滤波电路，能够经过改动滤波电容 的巨细来设置输出信号的带宽。经过低通滤波的模仿信号进入DCM，被转化为脉宽占空比信号输出。
2.1 视点丈量模块硬件电路规划
为确保ADXL202高精度安稳的作业，需求依据芯片技能文档和实践运用状况，来装备信号周期、滤波电容(决议信号的带宽)。
ADXL202的输出信号是脉宽占空比调制信号，占空比T1/T2与被测加快度成正比。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改动12.5%。查阅芯片的技能文档，能够经过电阻RSET来设定DCM的周期：
T2=RSET/125 MΩ (1)
在X、Y方向上的加快度重量值可由下式核算：
A(g)=(T1/T2-0.5)/12.5% (2)
表1是芯片的技能文档供给的RSET和T2装备表。咱们挑选125 kΩ的RSET，将周期T2设定为1 ms。
ADXL202 经过XFILT、YFILT外接电容CX、CY来设定ADXL202的带宽，这个带宽决议了它的丈量精度，一起电容CX、CY能够去混叠和滤波。为了使脉 宽占空比的差错最小，模仿带宽应比脉宽占空比的频率低1/10。对技能文档供给的表2进行剖析，并考虑设定T2为1 ms，脉冲占空比频率为1 kHz，为满意实践需求和DCM差错最小的要求，挑选0.05μF的滤波电容，此刻模仿带宽为100 Hz。[page]
引 脚衔接的标准：13、14是两个电压输入引脚VDD，直接与5 V电源衔接，一起衔接退耦%&&&&&%CDC，引荐运用0.1μF;4、7是两个接地引脚COM，直接接地;2脚VTP坚持开路，不与其他任何引脚相连;3脚ST 是自检输入端，当接VDD时能查看加快度计的功用，平常该引脚开路，也可与COM相连。引脚装备如图3所示。
图3 ADXL202引脚装备
依据芯片的引脚装备图和以上的各类装备，能够规划视点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。
图4 视点收集原理图
2.2 ADXL202测视点作业原理
ADXL202水平放置时的倾角如图5所示。
ADXL202水平放置时，沿X轴和Y轴方向的加快度重量巨细与重力的关系为：
AX=g·sin(α)， AY=g·sin(β) (3)
式中，AX、AY别离代表加快度计的两个轴上的重量输出，g是以重力作为参阅的加快度值，而α、β是歪斜视点。由反正弦函数即能够得到歪斜视点为：
α=sin-1(AX/g)，β=sin-1(AY/g) (4)
图5 ADXL202水平放置时的倾角
ADXL202笔直放置时的倾角如图6所示。
图6 ADXL202笔直放置时的倾角
加快度传感器在竖直初始方位时，沿X轴和Y轴方向的加快度重量巨细与重力的关系为：
γ=sin-1(AX/g)， δ=sin-1(AY/g) (5)
此 视点丈量仪的作业原理是：ADXL202将加快度信号转化为脉宽占空比输出，STM32F107接纳这个数字脉冲信号，运用STM32F107的输入捕获 功用来丈量脉冲信号的高电平脉宽。然后，核算出高电平脉宽的精确时刻T1，由式(2)得到X、Y方向上的加快度重量A(g)。最终，由式(4)(5)别离 求出芯片在水平状况或笔直状况下的倾角。[page]
3 数据处理模块
STM32F107采 用的是ARM Cortex—M3内核，作业电压为3.3 V，时钟频率到达72 MHz。该芯片体系资源和外围接口丰厚，内部集成专用时钟、复位以及电源办理模块，支撑多种作业方式。因为STM32F107芯片的功用、本钱和功耗方面 的特色，挑选它作为数据处理模块。更重要的是STM32F107的定时器除了TIM6和TIM7，都有输入捕获功用。
3.1 输入捕获功用应用于视点丈量的作业原理
以 TIM2定时器完结输入捕获功用为例。TIM2有4个独立通道，经过检测TIM2_CH1通道上的边缘信号，在边缘信号产生跳变(比方上升沿/下降沿)的 时分，将当时定时器的值存放到TIM2_CH1的捕获/比较寄存器里边，完结一次捕获。这便是STM32F107所具有的输入捕获功用。
将 ADXL202的Xout、Yout引脚输出接到STM32F107的34、35引脚(PA0、PA1)上，由STM32F107的原理图可知，34、 35引脚操控TIM2_CH1和TIM2_CH2两个通道。用TIM2_CH1来捕获Xout的数字方波信号的高电平脉冲，首要装备此通道的输入捕获为上 升沿检测。当检测到上升沿时，进入中止将计数器清零重新开端计数，并装备通道的输入捕获为下降沿捕获;当检测到下降沿时，进入中止读取计数器的值，由计数 值和计数频率可得到高电平的脉宽，即T1。然后经过以下两个公式：
A(g)=(T1/T2-0.5)/12.5% (6)
α=sin-1(Ax/g)， β=sin-1(AY/g) (7)
核算得出当时的倾角，之后将成果传输给液晶显现屏显现成果。式中T2=1 ms。此处仅评论芯片水平放置时的状况，当芯片笔直放置时，用式(5)即可。
3.2 收集和处理数据的办法
ADXL202 有两路输出信号Xout、Yout，并且它们是一起作业的，而STM32F107是次序处理器，一个时刻点上只能处理一路信号。咱们选用分时复用的办法解 决，以1 s为时刻点，在这1 s内，STM32F107只收集处理一条通道内的信号和数据，到下一秒时就收集处理另一条通道上的信号和数据。还应该留意一个问题，计数器在检测到上升沿 时开端计数，等下降沿到来中止计数的时刻内，脉宽过长时计数器会产生溢出，所以有必要记录下溢出次数。在最终核算计数器的值时，将溢出次数乘以计数器的宽度 加上当时计数器的值，即为总的计数值。
4 视点丈量仪体系的程序规划
运用STM32F107的输入捕获功用，需求经进程序装备内部寄存器的初始状况，以此来满意视点丈量仪的作业需求。
①敞开GPIO和TIM2的时钟，经过内部的库函数RCC_APB2PeriphClockCmd、RCC_APB1PeriphClockCmd来操控两个时钟的敞开。为了收集TIM 2_CH1和TIM2_CH2上的高电平脉宽，需装备PA0和PA1为下拉输入。
②初始化TIM2，设定TIM2的输入捕获主动重装载值为0xfffe，计数频率为1 MHz。
③使能输入捕获、中止、计数器，经过STM32F107的库函数能方便地装备。
由视点丈量和输入捕获原理可得体系的程序流程图，如图7所示。
图7 体系程序流程图
5 调试和丈量成果
在 室温下进行调试。当视点丈量仪没有歪斜时，液晶屏上显现的成果并不为零，其原因是ADXL202装置无法彻底水平。芯片装置后自身存在倾角，这是不可避免 的。尽管调试环境是在室温下，可是实践运用的环境可能是温度改动较大的场合，零漂和灵敏度随温度的漂移将会很严重，直接丈量时会导致很大的视点差错，因 此，有必要采纳某种方式的温度补偿办法来处理。
当视点丈量仪有歪斜时，丈量成果与实践值有较大差错。经剖析是输入捕获的计数器有差错。经将搅扰和毛刺计数进来，所以应该增加滤波电路，一起计数器的值选用屡次计数取平均值的办法，以此进步计数的精度。
视点丈量仪的丈量成果如图8所示。
图8 视点丈量仪的丈量成果
结语
本文论说了一种依据ADXL202的高精度视点丈量仪的研讨和规划办法，对ADXL202的视点丈量原理和STM32F107的输入捕获功用进行了具体的介绍。经试验测验，该丈量仪能高精度地完结视点丈量，并且可靠性好，对视点丈量的研讨和规划有着活跃的含义。
