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SCA100t 和MCU在数字倾角传感器中的应用

作者:时间:2012-12-03来源:网络收藏

采用VTI 公司生产的 双轴和C8051F 系列单片机构成的,工作可靠,测量精度高。论文中主要论述了系统的硬件电路设计、软件工作流程,对影响精度的因素进行了分析,并提出了可行的解决方法。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/159656.htm

1 引言

随着市场需求和科技的发展,人们对工程、机械、航空、航海设备的可靠性和稳定性提出了更高的要求,其中姿态测量是一项重要的指标。是测量关于某一基准面的倾斜角或者是姿态的装置。目前,市场上已有单轴、双轴、三轴的倾角,但大多都价格昂贵或者体积较大。本文提出以双轴 和C8051F 单片机实现的设计,可大大降低系统成本,不但可以构成一个单独的输出传感器,也可以作为一个测量模块,嵌入到测量控制系统中,广泛于机器人控制、平台姿态(俯仰和滚转)测量、双轴加速度测量等系统中。

2 硬件电路设计

整个系统结构如图1 所示。可分为供电电路、角度测量和数据采集与输出等。系统采用宽电源供电,经电源变换后电源分为两路,一路是由精密稳压芯片REF195,输出高稳定的5v 电压,专为传感器供电,以提高传感器的输出稳定性;另一路是由LM2937输出的3.3v 电源,为单片机系统提供工作电源。

系统总体框图

图1 系统总体框图

角度测量使用了VTI 公司生产的硅基加速度传感器SCA100T,其主要性能指标:1)双轴向倾角测量:SCA100T 测量X-Y 方向;2) 测量范围 1.7g;3) 测量灵敏度1.2V/g;4)+5V单电源供电,两个比例电压输出(模拟),内置11 位AD 转换器;5)兼容SPI 的输出;6)通过SPI 接口,可以访问内部温度传感器。

SCA100T 为12 脚表贴封装,设计时要水平安装芯片,并注意芯片上面箭头所指方向为正方向。输出使用SPI 接口,周期为19 个时钟,虽然C8051F 单片机具有片上SPI 资源,与SCA100T 的SPI 时序不符,因此采用软件模拟SPI 总线读写SCA100T 数据。

传感器同时还有模拟输出接口,设计时把这两路信号引出,满足用户的使用要求。

数据采集处理采用了Silicon 公司的高性能C8051F005 单片机作为主处理器,它采用了CHP-51TM 微处理器内核,与8051 完全兼容,并在片上扩展了SPI、IIC AD 等多种外设,采用单指令周期,具有JTAG 接口,可直接进行调试与编程。工业上小型传感器输出接口一般采用RS-232C 或RS-485 接口。在设计时将这两种接口电路都进行了设计,用户可以选择其中的一种接口来输出数据。


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