基于三轴加速度计SCA3000和 LPC2210的倾斜角传感器设计

4 数据处理与校验

由于测量精度、外力影响，三轴加速度计的横轴传感，零刻度度偏移，温度飘移等影响导致三轴加速度计在测量上出现误差，或者测量数据受到不同程度的污染，这对求倾斜角产生很大的阻碍。由于上述原因的影响，现实中测量得到的三轴加速度计的三个数据的矢量和往往不会等于重力加速度。有外力时加速度传感器测得的是重力与外力和的加速度，肯定不等于重力加速度，有恒外力作用时难以直接测量倾斜角的准确值(运用适当方法进行补偿或抵消除外)，SCA3000对数字信号进行低通滤波可以去除掉高频振动;对三轴数字数据进行权限设置，对于三轴数据矢量和与重力加速度的偏差大于0.05g时抛弃此次测量数据，保证测量精度。

4.1 零点偏移

零刻度偏移的解决方案，当倾斜角较小时，z轴数据的分辨率极低，影响测量精度，所以此时运用其中两轴进行倾斜角测量将更精确。为提高精度，需要对倾斜角传感器进行调零校正，校正后的结果将是测量值减去偏移值后的数据。偏移值的测量方法有两种：

(1)将传感器放置在一个校准水平面上，此时的输出即为偏移值。

(2)如图7所示，测量出图7(a).(b)姿势的输出VA，VB偏移值为(VA+VB)/2。

4.2 横轴传感

横轴传感补偿方案，由于组合封装或者器件本身结构原因，三轴加速度计存在横轴传感现象，三轴加速度计的横轴传感的度量有下式定义：

式中：Sx，Sz为横轴方向测得的传感量，Sy为测试方向测得的传感量，由于横轴传感的存在，使得测量结果不准确，所以需要对输出结果进行补偿，首先来考虑两轴间的传感补偿，如图8所示。

图8中，测试方向为y轴方向，加速度传感器如图8(a)样式放置时，x轴输出为Voutx-A，y轴输出为Vouty-A;加速度传感器如图8(b)样式放置时，x轴输出为Voutx-B，y轴输出为Vouty-B，测试方向y轴传感量为：

x横轴传感量为：

所以当倾斜角传感器倾斜为某一角度时，x横轴数据经y轴进行传感补偿后的值为：

式中：xoutComp为补偿后的x轴数据;Vouty-axis为x轴测量数据;Vouty-axis为y轴测量数据;Voffsety为y轴数据偏移值。同样，z轴数据对x轴数据进行补偿后得到x轴数据的校准值。4.3 数据融合

SCA3000工作在测量模式下时，传感器输出数据速率为260 Hz，0.37 s就可以产生一次输出缓冲存储器半满中断。所以在倾斜角度变化不是很剧烈的情况下，可以对每一输出缓冲存储器中数据进行加权平均求得倾斜角度。