新型智能加速度傳感器的設(shè)計(jì)

2.3 信號(hào)調(diào)理電路

信號(hào)調(diào)理主要是指對(duì)敏感元件的輸出信號(hào)進(jìn)行編碼和調(diào)制以便獲得更好的信噪比，同時(shí)也包括信號(hào)平均和冗余度、以及自我檢查和故障探測(cè)系統(tǒng)以便探測(cè)敏感元件的任何不正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在敏感元件的輸出到放大器的輸入端之間，有可能引入工頻干擾、靜電干擾、電磁耦合干擾和共模干擾等。這樣信號(hào)就不可避免地帶有噪聲，嚴(yán)重者會(huì)被噪聲淹沒(méi)。因此降低噪聲、改善信噪比就顯得尤為重要。對(duì)于敏感元件，由于輸出的電荷量非常小，應(yīng)將其信號(hào)放大。但是當(dāng)敏感元件輸出信號(hào)的范圍較大時(shí)，就不宜用同一增益的放大電路進(jìn)行放大，否則在輸入信號(hào)較小時(shí)，輸出信號(hào)將小于一半量程，而輸入信號(hào)較大時(shí)卻使放大電路處于飽和狀態(tài)。同時(shí)，由于壓阻式敏感元件的電阻除由應(yīng)變引起之外，也受溫度變化的影響，因此也必須考慮溫度補(bǔ)償問(wèn)題。 　　鑒于上述考慮，系統(tǒng)選用集成智能傳感器信號(hào)調(diào)理模塊MAXl452和外接的電阻、電容組成智能傳感器信號(hào)調(diào)理電路。MAXl452內(nèi)含一個(gè)可編程傳感器激勵(lì)源，一個(gè)16階可編程增益放大器，一個(gè)768字節(jié)內(nèi)部EEPROM，四個(gè)16位DAC，一個(gè)預(yù)置運(yùn)算放大器、一個(gè)片上溫度傳感器。

MAXl452偏移糾正過(guò)程如下：初始偏移在信號(hào)增益放大器的輸入級(jí)通過(guò)近似偏移設(shè)置進(jìn)行糾正，最終的偏移通過(guò)溫度指示的176個(gè)16位入口查詢(xún)表地址糾正。片上溫度傳感器提供一個(gè)16位偏移補(bǔ)償值，這個(gè)補(bǔ)償值的指示分辨率在-400℃~+l25℃約為1.5℃。

MAXl452的兩個(gè)功能模塊用于滿(mǎn)量程輸出增益矯正。其過(guò)程一是通過(guò)可編程增益放大器數(shù)字選擇增益進(jìn)行增益近似設(shè)置，二是通過(guò)滿(mǎn)量程輸出DAC數(shù)字輸入設(shè)置傳感器電橋電流或電壓。

這樣就可通過(guò)CPU的操作，設(shè)置零位偏移寄存器、溫度寄存器、零點(diǎn)溫度補(bǔ)償寄存器、輸出基準(zhǔn)寄存器、增益溫度補(bǔ)償寄存器等。這些寄存器中的值通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器變成模擬量疊加在調(diào)理電路中，從而改善了傳感器特性。

2.4 串行接口電路

串行口是智能傳感器與上位機(jī)或者其它設(shè)備交換信息的通道[2]。系統(tǒng)采用MAX202E芯片實(shí)現(xiàn)接口電路的設(shè)計(jì)，如圖3所示。MAX202E為RS-232兩路發(fā)送，兩路接收，單一的+5V供電，傳輸率高達(dá)120kb/s，并且具有較強(qiáng)的抗干擾性。芯片內(nèi)部自帶電壓轉(zhuǎn)換裝置，+5～±10V電壓轉(zhuǎn)換由雙路沖放電電壓變換器實(shí)現(xiàn)。首先，沖放電電壓變換器通過(guò)電容C1將+5V電壓轉(zhuǎn)換為+10V電壓，并將+10V電壓儲(chǔ)存在V+的輸出濾波電容C3中，然后通過(guò)電容C2將+10V轉(zhuǎn)換為-10V，并將-10V電壓V-的輸出濾波電容C4中。在芯片閑置時(shí)，V+通過(guò)內(nèi)部1kΩ下拉電阻連接到Vcc上，V-通過(guò)上拉電阻鏈接到GND上。

2.5 其它電路部分

其它電路主要有鍵盤(pán)電路、顯示電路、語(yǔ)言輸出電路和打印機(jī)接口電路等。單片機(jī)系統(tǒng)采用8279作為鍵盤(pán)、顯示器接口，用硬件完成鍵盤(pán)與顯示器掃描。鍵盤(pán)電路由0～9十個(gè)數(shù)字鍵和時(shí)鐘設(shè)定鍵、確認(rèn)鍵、開(kāi)始鍵、停止鍵等五個(gè)功能鍵組成，具有設(shè)定采樣周期、采樣頻率、啟動(dòng)采樣、停止采樣、顯示控制等功能。其中采樣頻率系統(tǒng)默認(rèn)值設(shè)定為150Hz。顯示部分主要由8位LED數(shù)碼管構(gòu)成，具有實(shí)時(shí)顯示加速度數(shù)值和系統(tǒng)故障部位的功能。語(yǔ)音報(bào)警電路采用ISD公司的ISD1200系列中的20秒單片語(yǔ)音錄放芯片。它集語(yǔ)音處理和存儲(chǔ)于一體，具有掉電信息保存，手動(dòng)和單片機(jī)控制均可等特點(diǎn)，使用十分方便。

3 抗干擾措施

智能加速度傳感器與其它類(lèi)型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比，工作環(huán)境更為惡劣，往往噪聲較大，振動(dòng)劇烈。而抗干擾性作為智能加速度傳感器的一個(gè)重要方面，直接影響到傳感器的測(cè)量精度和運(yùn)行穩(wěn)定性。系統(tǒng)除采用信號(hào)調(diào)理電路外，還采用數(shù)字濾波技術(shù)以提高測(cè)量精度，硬件看門(mén)狗和軟件陷阱技術(shù)來(lái)提高工作穩(wěn)定性。