基于三軸加速度計(jì)SCA3000和 LPC2210的傾斜角傳感器設(shè)計(jì)

由加速度傳感器測(cè)量傾斜角的途徑很多，文獻(xiàn)中提出了一種基于兩軸加速度傳感器ADXL213的傾角測(cè)量裝置，實(shí)現(xiàn)了全擺幅高精度測(cè)量，并能在運(yùn)動(dòng)車輛中抵消前進(jìn)方向加速度，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)中單方向高精度測(cè)量。文獻(xiàn)中同樣運(yùn)用兩軸壓力傳感器實(shí)現(xiàn)單方向全擺幅傾角測(cè)量文獻(xiàn)。文獻(xiàn)中運(yùn)用兩軸加速度傳感器ADXL202實(shí)現(xiàn)了全方位，45°擺幅內(nèi)低誤差傾斜角測(cè)量。文獻(xiàn)中運(yùn)用液態(tài)兩軸傾斜角傳感器實(shí)現(xiàn)全方位、低擺幅、高精度傾斜角傳感器。單軸加速度傳感器只能實(shí)現(xiàn)單方向，低擺幅傾斜角測(cè)量，兩軸傾斜角傳感器，方向和擺幅不能兼顧。本文將討論采用三軸微加速度傳感器實(shí)現(xiàn)智能化傾斜角傳感器方法。

1 傾斜角測(cè)量原理

對(duì)于軸加速度傳感器，當(dāng)它的傳感方向和重力加速度方向一致時(shí)，假如此時(shí)為零傾斜角度，設(shè)加速度傳感器測(cè)量結(jié)果為F(θ)，θ為傾斜角度，g為重力加速度，如圖1所示。

所以當(dāng)傾斜角θ太小時(shí)，測(cè)量的分辨率就會(huì)太小，當(dāng)角度足夠大時(shí)精度才會(huì)上升。所以對(duì)一軸傾斜角傳感器的運(yùn)用是：把它的傳感方向與重力加速度方向垂直時(shí)的狀態(tài)設(shè)為零傾斜角度，文獻(xiàn)運(yùn)用此方法測(cè)量?jī)A斜角，如圖2所示，此時(shí)：

此時(shí)傾斜角度小時(shí)測(cè)量精度高，而對(duì)于一軸加速度傳感器而言，只能測(cè)一個(gè)方向的傾斜角。所以用一個(gè)兩軸加速度傳感器，兩個(gè)傳感方向皆垂直于重力加速度，當(dāng)兩軸傾斜角傾斜時(shí)，加速度傳感器測(cè)量結(jié)果為：

如何利用θx，θy求出傾斜角θ。首先定義兩組三軸向量：[x，y，z]為參考O傾斜向量，[u，v，r]為傾斜后的向量。如圖3所示，設(shè)向量[z，y，z]先繞y軸傾斜，再繞x軸傾斜，所以從[x，y，z]到[u，v，r]的轉(zhuǎn)換為：