一、导言
微机械惯性器材是微机电体系重要的研讨内容，微惯性器材包含微陀螺和微加快度传感器。选用微机电技能制作的微加快度传感器在寿数、可靠性、本钱、体积和重量等方面都要大大优于惯例的加快度传感器，使得其不管在民用范畴，仍是在军用范畴都有着广泛的运用。本文便是选用美国ADI公司出品的低功耗，功用完善的双轴加快度传感器。ADXL202E作为斜度丈量的传感器，给出了由ADXL202E与单片机AT89C52组成的斜度丈量体系规划实例。
二、ADXL202E简介
1、ADXL202E特色
ADXL202E是一种低本钱、低功耗、功用完善的、集双轴加快度传感器于一体的单块集成电路。它既可丈量动态加快度， 又可丈量静态加快度，其丈量规模为±2g。它既具有模拟信号输出，又有脉宽占空比输出。ADXL202E最大可接受1000g的剧烈冲击。图1为ADXL202E的引脚摆放图和引脚功用。
2、丈量原理
ADXL202E是根据单块集成电路的完善的双轴加快度丈量体系。它是一个以多晶硅为外表的微电机传感器和信号操控环路来履行操作的开环加快丈量结构。对每根轴而言， 输出环路将模拟信号转化为脉宽占空比的数字信号。这些数字信号直接与微处理器接口。ADXL202E可丈量正负加快度，其最大丈量规模为±2g。ADXL202E也可丈量静态加快度，可用作斜度丈量。传感器选用在硅片上经外表微加工的多晶硅结构，用多晶硅的弹性元件支撑它并供给平衡加快度所需的阻力。结构偏转是经过由独立的固定极板和附在移动物体上的中心极板组成的可变电容来丈量的。固定极板经过方波的每p个相位操控。加快度计遭到加快度力后改动了可变电容的平衡，使输出方波的振幅与加快度成正比。而相位解调技能用来提取信息判别加快方向。解调器的输出经过32kW的固定电阻输出到脉宽占空比解调器。这时，答运用户改动滤波电容的巨细来设置输出信号的带宽。这种滤波进步了丈量的精度，并有效地避免频率混叠。经过低通滤波后，模拟信号由DCM转化为脉宽占空比信号。经过一个电阻RSET将T2设定在0.5ms～10ms规模内。在0g加快度时使输出占空比为 50%。加快度可由一计数/计时器或低功耗的微操控器经过丈量T1，T2来测得。
模拟输出信号可经过以下两种办法取得：一种从XFILT和YFILT 管脚得到；一种是经过RC滤波器对脉冲信号滤波后得到的dc 值核算。
三、斜度丈量电路规划
1、滤波器规划
ADXL202E能够丈量静态加快度，也能够丈量动态加快度，其最大丈量带宽为5000Hz。带宽（W）是由低通滤波器的参数确认的。RFILT（滤波器阻值）可在额定值32kW的±25%规模内改变，相应地带宽也随之改变。在本规划中RFILT为32kW。因而，加快度信号的带宽则由XFILT和YFILT 引脚外接电容设定。电容有必要安装在紧靠引脚处，，用以混叠和按捺噪声。3dB带宽核算公式如下：
F（-3dB）= 1/2P［32kW&TImes;C（X， Y）］
即：F（-3dB）= 5mF/ C（X， Y） （1）
可见电容选取越小，信号带宽越宽，分辨率越高。C（X，Y）为滤波器的电容值，首要确认带宽C（X，Y）。别的，在任何状况下，C（X，Y）的最小电容值为1000pF 。在本规划中选定C（X，Y）为100nF，即加快度模拟信号带宽为50Hz。
ADXL202E的噪声特色是在所有频率下都是相同大的白色高斯噪声，以mg/ 
为单位，即噪声与加快度信号带宽平方根成正比。
ADXL202E的典型噪声值可用以下公式核算：
Noise（rms）=（200mg/ ）&TImes; 
（2）
因为本规划中加快度信号带宽为50Hz ，所以噪声均方值为1.79mg。
故ADXL202E的XFILT和YFILT引脚接0.1mF电容使得模拟输出带宽为50Hz、输出顺便噪声为1.79mg。一起，ADXL202E的XFILT和YFILT引脚发生与斜度相对应的模拟信号。
ADXL202E感应的重力重量的改变在+1g和-1g之间。，在0g时有：
OFFSET（偏置带）=2.5V±0.4V （5）
SensiTIvity（灵敏度）=167 mV/g ±17 % （6）
2、DCM 的周期设定：
运用RSET设定DCM 的周期：有两个通道的DCM的周期是经过电阻RSET来设定。核算公式为：T2=RSET（W）/125MW。器材可在周期0.5ms～10ms规模内运转。在本规划中选定RSET为330kW，即DCM周期为2.64ms。 RSET 应安装在接近T2引脚处，以使分布电容最小。
3、模拟信号处理电路
因为ADXL202E内部32kW电阻的影响，使得XFILT和YFILT的模拟输出驱动力缺乏，所以需求在XFILT和YFILT之后别离加上一个经过LM324运算扩大器构成的跟从器，用来添加驱动。再经过上面选定的元件参数能够得到ADXL202E的模拟信号图，如图2所示。
4、参数标定
在斜度丈量时，重力体系是最安稳、最准确、运用最广泛的参照系。使设备的方向与水平面平行便可得到0g时的校准值。
因为器材参数的差异， 芯片的基本参数、同一器材两个不同轴向的参数也有差异。因而，当要求丈量精度较高时，仍运用参数典型值就会引起差错。
要进步丈量的精度，就需求在丈量前对相关参数进行仔细校准。运用重力矢量做为参阅的话，则要将丈量规模设定在1g和-1g之间。当X（Y）轴指向1g时，传感器的输出为最大值，记作A；当X（Y）轴指向-1g时，传感器的输出为最小值，记作B。则核算灵敏度SensiTIvity公式为：
Sensitivity
（7）
四、单片机体系规划规划
单片机体系规划分为下位机和上位机两个部分。下位机选用常用的AT89C52作为处理器，模数转化选用具有10位精度的TLC1543作为A/D转化器材，选用X5045作为看门狗芯片，稳压源选用LM336。上位机选用Visual Basic 6.0进行规划，首要包含参数标定，实时监测界面规划两个部分。
1、A/D转化电路规划
ADXL202E感应的重力重量的改变在＋1g～-1g之间，而传感器ADXL202E的供电电压为+5V，所以输出模拟量的线性改变在+2.1～+2.9V之间。为了不丢失A/D转化芯片TLC1543的采样精度，在TLC1543的REF+端接+3V，REF-端接+2V。为了得到稳压电源，需求选用LM336芯片，然后得到安稳电压-5V，再经过运算扩大器LM324组成负反馈扩大电路，终究得到参阅源所需求的+3V和+2V。其电路如图4所示。
2、看门狗电路规划
体系选用串行X5045芯片作为看门狗芯片。该芯片上电时，当电源电压超越4.5V，经过200mS的安稳时刻后RESET由高电平变为低电平。掉电时，电源电压低于4.5V时，RESET信号马上变为高电平并一向坚持到电源康复到安稳停止。别的，EEPROM芯片内部还具有巨细为4096位EEPROM，能够作为数据的掉电维护存储空间。
五、上位机监测界面规划
上位机选用Visual Basic6.0进行规划。首要完结监测界面的规划，对串口数据的正确接纳，包含对ADXL202E参数标定，监测曲线显现等必要的功用。
图3为规划后的监测渠道，从图3中1处能够观测到俯仰角和旋转角随时刻改变的曲线；从图3中3处能够观测传感器节点的斜度随时刻在±180°之间改变；从图3中2处能够观测到单位为mg的加快度改变，经过这个监测界面还能够实时的观测传感器节点因为振动等原因引起的输出信号振动。从图3中4处为监测渠道的操控面板，经过操控面板能够对传感器参数进行标定，能够观测传感器实时输出的数据。
关于测得的静态加快度，需求将其转化成相应的工程量，在这里首要分为两种状况：
（1）双轴加快度传感器的X轴和Y轴测得的加快度值Ax和Ay能够经过如下公式转化为倾斜度：
俯仰角
（8）
旋转角
（9）
（2）因双轴加快度传感器的X轴和Y轴方向互为笔直，所以也可运用来丈量满周为360°的斜度。当其间一个传感器的输出值为最大时，另一个传感器的输出值为最小。
六、结束语
运用上述的规划办法及其关键，经过重复调试完成了对斜度（静态加快度）的丈量，达到了预期意图。实践证明ADXL202E十分适合于频率改变较为缓慢、加快度不太大的丈量。在充分考虑各种因素的基础上，合理设置有关参数，就能够得到很好的精度。
