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智能加速度传感器的设计

作者:时间:2012-07-13来源:网络收藏

1 引言

对于传统的而言,由于只具有感知环境,输出的功能,应用范围受到了很大限制,譬如,在车辆振动测试行车试验中,就需要配置电脑、数据采集卡等设备。不但设备昂贵,而且由于车辆需要在行驶过程中测试,所以就必须加长信号传输线,既带来了测量的不便,也导致由于外界环境的干扰测试误差的加大。现有的测振仪由于存在着大多价格昂贵,操作复杂,测量精度较低的缺陷,很大程度上限制了它的广泛应用。

本文设计了一种智能压阻式,有效地克服了对于传统的输出特性容易受噪声、温度、电源纹波、湿度等多种因素的干扰,避免了应用场合的局限性,实现了加速度的精确测量。

2 硬件组成

根据智能加速度传感器的使用要求,在硬件电路上主要考虑以下几方面的问题 :尽量采用集成化程度高的芯片,以减小主机体积,满足便携使用要求;采用低功耗的元器件,满足仪器长时间工作要求;选用宽工作温度范围的元器件,满足仪器在户外工作条件。根据以上原则构建了智能传感器的硬件电路,其组成如图1所示。智能加速度传感器主要由敏感元件、信号调理电路、A/D转换器、典型的单片机系统、键盘和电源等组成。

智能加速度传感器的工作原理是 :敏感元件将测点的加速度信号转换为相应的电信号,进入前置放大电路,经过信号调理电路改善信号的信噪比,再进行模数转换得到数字信号,最后送入计算机,计算机再进行数据存储和显示。

2.1 敏感元件

系统采用在目前广泛应用于工业自动控制、汽车及其它车辆、振动及地震测试,科学测量等领域的硅微加速度传感元件,其结构及等效桥式电路如图2所示。

当传感元件以加速度a运动时,质量块受到一个与加速度方向相反的惯性力作用,发生与加速度成正比a的形变,使悬臂梁也随之产生应力和应变。该变形被粘贴在悬臂梁上的扩散电阻感受到。根据硅的压阻效应,扩散电阻的阻值发生与应变成正比的变化,将这个电阻作为电桥的一个桥臂,通过测量电桥输出电压的变化可以完成对加速度的测量[1]。

2.2 P89LPC932单片机系统

作为智能传感器的核心,单片机的选用主要是考虑到智能传感器的测量速度、精度、分辨率和其本身的数据处理能力,并且还要考虑到其与计算机的网络通讯功能。文中选择具有高集成度、低功耗、低成本等特点的P89LPC932单片机作为其作智能传感器的微控制器。它采用高性能的处理器结构,指令执行时间只需2~4个时钟周期,6倍于标准80C51单片机,并且具有增强型UART,具有帧错误检测、自动地址检测和通用的中断功能,I2C和SPI通讯端口。并且P89LPC932还集成了许多系统级的功能,可大大减少元件的数目并降低了系统的成本。同时,考虑到智能加速度传感器在测试过程中需要记录大量数据,单片机系统专门配置了全集成化并且不需设计刷新控制接口的8kB动态RAM2186,作为数据存储器。

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