智能加速度传感器的设计

2.3 信号调理电路

信号调理主要是指对敏感元件的输出信号进行编码和调制以便获得更好的信噪比，同时也包括信号平均和冗余度、以及自我检查和故障探测系统以便探测敏感元件的任何不正常运转。在敏感元件的输出到放大器的输入端之间，有可能引入工频干扰、静电干扰、电磁耦合干扰和共模干扰等。这样信号就不可避免地带有噪声，严重者会被噪声淹没。因此降低噪声、改善信噪比就显得尤为重要。对于敏感元件，由于输出的电荷量非常小，应将其信号放大。但是当敏感元件输出信号的范围较大时，就不宜用同一增益的放大电路进行放大，否则在输入信号较小时，输出信号将小于一半量程，而输入信号较大时却使放大电路处于饱和状态。同时，由于压阻式敏感元件的电阻除由应变引起之外，也受温度变化的影响，因此也必须考虑温度补偿问题。 　　鉴于上述考虑，系统选用集成智能传感器信号调理模块MAXl452和外接的电阻、电容组成智能传感器信号调理电路。MAXl452内含一个可编程传感器激励源，一个16阶可编程增益放大器，一个768字节内部EEPROM，四个16位DAC，一个预置运算放大器、一个片上温度传感器。

MAXl452偏移纠正过程如下：初始偏移在信号增益放大器的输入级通过近似偏移设置进行纠正，最终的偏移通过温度指示的176个16位入口查询表地址纠正。片上温度传感器提供一个16位偏移补偿值，这个补偿值的指示分辨率在-400℃~+l25℃约为1.5℃。

MAXl452的两个功能模块用于满量程输出增益矫正。其过程一是通过可编程增益放大器数字选择增益进行增益近似设置，二是通过满量程输出DAC数字输入设置传感器电桥电流或电压。

这样就可通过CPU的操作，设置零位偏移寄存器、温度寄存器、零点温度补偿寄存器、输出基准寄存器、增益温度补偿寄存器等。这些寄存器中的值通过D/A转换器变成模拟量叠加在调理电路中，从而改善了传感器特性。

2.4 串行接口电路

串行口是智能传感器与上位机或者其它设备交换信息的通道[2]。系统采用MAX202E芯片实现接口电路的设计，如图3所示。MAX202E为RS-232两路发送，两路接收，单一的+5V供电，传输率高达120kb/s，并且具有较强的抗干扰性。芯片内部自带电压转换装置，+5～±10V电压转换由双路冲放电电压变换器实现。首先，冲放电电压变换器通过电容C1将+5V电压转换为+10V电压，并将+10V电压储存在V+的输出滤波电容C3中，然后通过电容C2将+10V转换为-10V，并将-10V电压V-的输出滤波电容C4中。在芯片闲置时，V+通过内部1kΩ下拉电阻连接到Vcc上，V-通过上拉电阻链接到GND上。

2.5 其它电路部分

其它电路主要有键盘电路、显示电路、语言输出电路和打印机接口电路等。单片机系统采用8279作为键盘、显示器接口，用硬件完成键盘与显示器扫描。键盘电路由0～9十个数字键和时钟设定键、确认键、开始键、停止键等五个功能键组成，具有设定采样周期、采样频率、启动采样、停止采样、显示控制等功能。其中采样频率系统默认值设定为150Hz。显示部分主要由8位LED数码管构成，具有实时显示加速度数值和系统故障部位的功能。语音报警电路采用ISD公司的ISD1200系列中的20秒单片语音录放芯片。它集语音处理和存储于一体，具有掉电信息保存，手动和单片机控制均可等特点，使用十分方便。

3 抗干扰措施

智能加速度传感器与其它类型的计算机系统相比，工作环境更为恶劣，往往噪声较大，振动剧烈。而抗干扰性作为智能加速度传感器的一个重要方面，直接影响到传感器的测量精度和运行稳定性。系统除采用信号调理电路外，还采用数字滤波技术以提高测量精度，硬件看门狗和软件陷阱技术来提高工作稳定性。