本文提出一种依据数字式MEMS（微电子机械体系）加快度传感器ADXL213的倾角丈量设备，该设备选用占空比调制电路获得相应的数字信号。依据对实践运动模型的剖析，建立了相应的数学模型。运用整个体系硬件的特色，抵达杰出的实践丈量成果。
物体在运动中的倾角是描绘物体运动状况、特征的重要参数，在交通、航天、军事范畴中都有着重要的含义，对方针的定位、追寻起到非常重要的作用。所以开发价格适中、精度高，丈量规模大的视点丈量模块具有很强的实用价值。
本文依据对实践运动的剖析，研讨建立了相应的数学模型，运用数字式MEMS加快度传感器并合作恰当的硬件电路和软件算法完结了一种性价比高，高精度，丈量规模大的视点丈量模块并经过实践运转，获得杰出的作用。
1、目标研讨和建模
本文研讨的目标是物体运动时，其全体渠道的歪斜角，例如一般车辆机车，军用车辆机车和海上配备等，在运动过程中因为路面、斜度等影响会使整个渠道架发生必定的倾角，而这些参数关于准确导航、列车行程操控等体系都具有重要的含义。
依据经典力学可以知道，当目标与基准平面有一个视点的夹角时，其运动方向的加快度与重力加快度的比值和没有夹角时其加快度与重力加快度的夹角α是不同的。依据力的分化，重力加快度就会有重量作用在Ax方向，且Ax=gsinα，所以歪斜角α=sin-1（Ax/g）。见图1-（a）所示。可是，当目标在基准面方向上做变加快的运动时，其Ax同样是一个改变值，这样将因为无法差异目标的静态加快度和动态加快度而做出正确的判别。也可以考虑选用图1-（b）中所示办法丈量，将Ax设定为一直与运动面笔直的方向，这样Ax=gcosα，则歪斜角α=cos-1（Ax/g）。这个办法在一般的路途斜度只能在Ax方向发生一个很小的加快度改变，而这关于该传感器的精度是很难抵达的。
故考虑选用如图1-（c）所示办法进行丈量，运用双轴的加快度传感器，其两个夹角之间相差90°，两个角分别为45°和135°角，当车辆停止在平面上时，加快度传感器的两个轴向测得加快度：Ax=Ay=0.707g。
图1丈量力学原理图
当车辆在平面上加快时，加快度传感器的两个轴向就会测得两个巨细持平，极性相反的加快度改变，而（Ax+Ay）坚持不变，例如：车辆向前加快时，Ax增大而Ay减小。
当车辆歪斜时，歪斜角α=cos-1［0.707（Ax+Ay）/g］。可是在实践情况中，因为丈量、装置等原因，简直不可能做到加快度传感器与车辆的径向正好成45°，所以需要在体系初始化时，首要丈量出加快度传感器与车辆的径向的夹角β，可依据公式β=arctan（Ay/
Ax）核算得到。
由此可得终究的歪斜角为：α=cos-1［（Axsinβ+Aycosβ）/g］。依据这个数学模型，可以很好的测得视点的改变。所以在实践运用就运用软、硬件依据该模型进行规划然后完结了细小视点的丈量。
2、体系规划
依据上面的目标研讨和建模剖析，并结合实践需求开端进行体系规划。在规划的过程中，依据算法规划选取了相应的硬件，依照硬件的选取经过剖析，终究确认所需硬件电路，然后编制了相应的软件完结整个规划。
2.1 硬件规划
规划中运用的是ADXL213芯片，其选用先进的MEMS技能，在同一硅片中刻蚀了一个多晶硅外表微机械传感器，并集成了一套精细的信号处理电路。信号处理电路能将外表微机械传感器发生的模仿信号转换为占空比调制（DCM）数字信号输出。
这种占空比调制信号可以直接运用单片机或核算机进行处理。用单片机进行数据处理时，运用计数器丈量方波周期T2以及脉冲的宽度T1。其核算公式：AX=（T1/T2―ZeroBias）/SensiTIvity;ZeroBias=50%，SensiTIvity=30%/g，T2=Rset/125。ADXL213可以丈量静态加快度，也可以丈量动态加快度，其最大丈量带宽为2.5kHz。带宽（W）是由低通滤波器的参数确认的。其满意如下联系式：W=1/2πRFCF。式中：RF为滤波器的电阻值，即集成在芯片内部的电阻;CF为滤波器的电容值。可见，带宽主要由CF确认。在实践规划过程中，依据轿车加快度-时刻曲线，选定滤波器的带宽为1Hz，这样做不只有利于滤除高频搅扰，也利于下降体系噪声搅扰。因为ADXL213中T2的规模为1～10ms。而DCM输出方波频率应大于模仿带宽10倍以上，再结合单片机晶振等确认T2的周期和Rs的设定值。在以上研讨的基础上，规划了体系的硬件电路。而在该体系因为前面所论说的算法联系，所以体系在装置时，需要将车辆预先停置在一个的水平校准面上装置体系。然后体系将依照软件进行作业。
2.2 软件规划
因为前面算法所述，体系硬件电路中，因为所选用芯片的丈量办法的原因，电路板的两条相互笔直的边应与平面成45度角，但实践却很难保证45度角，故首要应测验其实践视点，并将该视点存入寄存器中，在后面的使用中，可以将初始数据做为基准，进行测验以保证视点核算的准确性。初始数据标定在规划中选用自恢复按键脉冲触发单片机的中止调用来完结。在本规划中，依照如图2所示的流程编程完结了车辆内行驶过程中的细小视点的丈量以及其他辅佐功用的完结。
图2核算程序流程图
3、数据与定论
经过以上的硬件和软件规划后，终究完结了整个体系功用，并进行了一系列的试验。依据实践情况，在实践中，选用恰当的滤波电容，带宽为5Hz，噪声约为0.43mg，Rs阻值设置为1M，这样成果测得方波周期约为141Hz。占空比精度可抵达0.14%。经过实践丈量发现，输出动摇在1°之内，即小于17mg，经过采样20个数据求均匀核算发现输出动摇在0.5°以内，小于8.7mg，故完全符合体系规划要求，满意实践需要，可以很好的完结规划初的意图和要求。图3为实践上下坡的测验图。纵坐标为视点，横坐标为斜坡长度。
图3上下坡视点实测图
