基于三軸加速度計的傾斜角傳感器的研究與設(shè)計

圖8中，測試方向為y軸方向，加速度傳感器如圖8(a)樣式放置時，x軸輸出為Voutx-A，y軸輸出為Vouty-A；加速度傳感器如圖8(b)樣式放置時，x軸輸出為Voutx-B，y軸輸出為Vouty-B，測試方向y軸傳感量為：

x橫軸傳感量為：

所以當傾斜角傳感器傾斜為某一角度時，x橫軸數(shù)據(jù)經(jīng)y軸進行傳感補償后的值為：

式中：xoutComp為補償后的x軸數(shù)據(jù)；Vouty-axis為x軸測量數(shù)據(jù)；Vouty-axis為y軸測量數(shù)據(jù)；Voffsety為y軸數(shù)據(jù)偏移值。同樣，z軸數(shù)據(jù)對x軸數(shù)據(jù)進行補償后得到x軸數(shù)據(jù)的校準值。
4．3 數(shù)據(jù)融合
SCA3000工作在測量模式下時，傳感器輸出數(shù)據(jù)速率為260 Hz，0．37 s就可以產(chǎn)生一次輸出緩沖存儲器半滿中斷。所以在傾斜角度變化不是很劇烈的情況下，可以對每一輸出緩沖存儲器中數(shù)據(jù)進行加權(quán)平均求得傾斜角度。

5 軟件設(shè)計
程序主要分三部分，主程序main，傾斜角計算子程序tlitcalculate和校準子程序calibrate，在對SCA3000進行操作時，還要調(diào)用SPI讀寫程序，在對ZLG7290進行操作時調(diào)用I2C讀寫子程序。

如圖9所示，在傾斜角傳感器第一次使用前必須對其進行校準，包括測量各軸的零點偏移，各軸的橫軸傳感量，當PO．1置高時進入校準狀態(tài)。在校準中，PO．9＆PO．10＆PO．11=000時，將SCA3000按z軸垂直向上放置；PO．9＆P0．10＆P0．11=001時，將SCA3000按z軸垂直向下放置；PO．9＆P0．10＆P0．11=OlO時，將SCA3000按x軸垂直向上放置；P0．9＆PO．10＆PO．11=01l時，將SCA3000按x軸垂直向下放置；P0．9＆PO．10＆P0．11=100時，將SCA3000按y軸垂直向上放置；P0．9＆P0．10＆P0．11=101時，將SCA3000按y軸垂直向下放置。綜合各個狀態(tài)時的數(shù)據(jù)完成零點偏移和橫軸傳感量計算。實際運用中，SCA3000安裝在平臺上時不可能保持xy軸與平臺完全平行，z軸完全垂直平臺。所以在進行測量前必須取得平臺水平放置時SCA3000的輸出值，將其設(shè)為初始值保存于FLASH中。
在傾斜角計算中。首先讀數(shù)據(jù)進行零點偏移補償和橫軸傳感補償，接著對嚴重污染的數(shù)據(jù)丟棄，進行數(shù)據(jù)融合，再判斷傾斜角度大小。當角度較小時，利用兩軸數(shù)據(jù)進行計算，當角度過大時運用三軸數(shù)據(jù)進行計算。
主程序中，采用定時器中斷和SCA3000緩存器中斷兩個中斷對SCA3000數(shù)據(jù)進行讀寫。保證數(shù)據(jù)的實時性。

6 結(jié)語
本文基于三軸加速度計SCA3000和ARM處理器芯片LPC2210設(shè)計了一種三軸傾斜角智能傳感器，它具有全方位和全擺幅的特點。本文對兩軸、三軸加速度計測量傾斜角的原理進行了分析，采用兩軸、三軸數(shù)據(jù)的合理運用，實現(xiàn)精度高、抗噪性能強的傾斜角傳感器的研究。
對傳感器數(shù)據(jù)采用零點偏移補償，橫軸傳感量補償，進一步提高了數(shù)據(jù)的精度。采用SPI接口實現(xiàn)傳感器與微控制器間的通信，采用定時器中斷和SCA3000緩存器中斷兩個中斷喚起對傳感器數(shù)據(jù)的讀／寫，實現(xiàn)對傳感器數(shù)據(jù)讀速度可控。