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

由加速度傳感器測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的傾角測量裝置，實現(xiàn)了全擺幅高精度測量，并能在運動車輛中抵消前進(jìn)方向加速度，實現(xiàn)運動中單方向高精度測量。文獻(xiàn)中同樣運用兩軸壓力傳感器實現(xiàn)單方向全擺幅傾角測量文獻(xiàn)。文獻(xiàn)中運用兩軸加速度傳感器ADXL202實現(xiàn)了全方位，45°擺幅內(nèi)低誤差傾斜角測量。文獻(xiàn)中運用液態(tài)兩軸傾斜角傳感器實現(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現(xiàn)單方向，低擺幅傾斜角測量，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現(xiàn)智能化傾斜角傳感器方法。

1 傾斜角測量原理

對于軸加速度傳感器，當(dāng)它的傳感方向和重力加速度方向一致時，假如此時為零傾斜角度，設(shè)加速度傳感器測量結(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，測量的分辨率就會太小，當(dāng)角度足夠大時精度才會上升。所以對一軸傾斜角傳感器的運用是：把它的傳感方向與重力加速度方向垂直時的狀態(tài)設(shè)為零傾斜角度，文獻(xiàn)運用此方法測量傾斜角，如圖2所示，此時：

此時傾斜角度小時測量精度高，而對于一軸加速度傳感器而言，只能測一個方向的傾斜角。所以用一個兩軸加速度傳感器，兩個傳感方向皆垂直于重力加速度，當(dāng)兩軸傾斜角傾斜時，加速度傳感器測量結(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：