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1、双轴加速度传感器ADXL202及其应用设计发布:2011-09-02 1作者：1来源:pengjunxiao I查看:347次I用户关注：引言ADXL202是ADI公司出品的一款双轴加速度测量系统，模拟输入，可测量动态加速 度和静态加速度，测量范国为±（210）g,输出为周期可调的脉宽调制信号，可以直接与单 片机或计数器连接。LPC2103为飞利浦公司的一款ARM7系列微控制器，主要用于工业控 制、医疗系统、访问控制、POS机、通信网关等领域。本文使用LPC21O3实现对ADXL202 加速度数据的采集与处理。1ADXL202加速度传感器1. 1ADXL202的引脚定义及基本特性 A
2、DXL202为单片集成电路引言ADXL202是ADI公司出品的一款双轴加速度测量系统，模拟输入，可测量动态加速度 和静态加速度，测量范围为±（210）g,输岀为周期可调的脉宽调制信号，可以直接与单片 机或计数器连接。LPC2103为飞利浦公司的一款ARM7系列微控制器，主要用于工业控制、 医疗系统、访问控制、POS机、通信网关等领域。本文使用LPC2103实现对ADXL2O2加 速度数据的采集与处理。1 ADXL202加速度传感器1. 1 ADXL202的引脚左义及基本特性ADXL202为单片集成电路，集成度髙、结构简单，内部包含多晶硅表而微处理传感器 和信号控制电路，以实现开环加速
3、度测量结构。与苴他加速度计相比，ADXL202可在很大 程度上提高工作带宽，降低噪声影响，零重力偏差和温度漂移也相对较低。图1所示为 ADXL202传感器的引脚左义。ST：自检，用于控制芯片自检功能。接VDD时，输出占空比为10%的波形，说明芯 片正常工作。COM：引脚4、7。使用时需将2个COM端接在一起并接地。T2：经电阻RSET接地，调节输出信号周期。输岀信号周期T2=RSET/（125MQS-l）oVDD：电源。工作电压范围为+3. O+5. 25 V,可经过100Q的去耦电阻接电源。XFILT、YFILT：经电容接地，用于改变带宽、滤除噪声和抑制零点漂移。Xoutx Yout：输岀。
4、图2为ADXL202传感器的内部结构原理图。ADXL202传感器由振荡器，X、Y方向传感器，相位检波电路以及占空比调制器组成, 具有数字输出接口和模拟电压信号输出接口。X、Y方向传感器是2个相互正交的加速度传 感器，它们同时工作，可以测量动态变化的加速度和恒左的加速度。传感器之后级连相位 检波器，主要是用来修正信号，并对信号的方向做出判断。检波器输出的信号，通过一个 32 kQ的电阻来驱动占空比调制器，通过在XHLT和YFIET引脚外接电容CX和CY来改 变带宽。1. 2测量数据的计算及处理信号带宽的计算通过CX和CY来设肚带宽，在XFILT和YFILT引脚接上电容，通过低通滤波器来减 少噪声
5、。3 dB带宽的公式为：f=5 uF/C(x, y)(电容最小值为 1 000pF)(2)加速度的计算输出信号周期T2=RSET/(125 M Qs-1),如图3所示。信号通过低通滤波器之后，占空比调制器把信号转换为数字信号输出。通过T2引脚的 外接电阻可以改变T2的周期(O. 510ms),这很适于在精度要求不同的场合下使用。输出 的占空比信号通过计数器可以计算岀占空比。加速度的讣算可以通过下式得到：例如，当加速度为0g时，信号宽度T1与空闲宽度(T2 T1)相同，输出信号的占空比 为50%；当加速度为lg时，信号宽度T1与空闲宽度(T2-T1)的比值为5： 3,输出信号 的占空比为62.
6、5%。1. 3 ADXL202的典型应用ADXL202传感器最重要的应用之一是倾斜度的测量。在进行倾斜度测量时，需要让传 感器的敏感轴(x轴)与重力方向垂直。如果与重力方向平行，物体倾斜对于加速度数拯的影 响可以忽略不讣。图4所示为加速度测量的原理图。当ADXL202与重力矢量垂直时，其输出随倾斜度的变化大约为每度17. 5 mg,当两 者呈45°时，输出变化值仅为每度12. 2 mg,分辨率降低。表1为倾斜角度与加速度变化 的关系。2应用电路设计2. 1硬件接口设计LPC2103是一个支持实时仿真和跟踪的32位ARM7TDMIS CPU,并带有8 KB片内 SRAM和32 KB嵌入
7、的髙速片内Flash内存。LPC2103具有LQFP48的较小封装、极低的 功耗、多个32位泄时器、8路10位ADC、2个外部中断、最多可达32个GPIO。通过可 编程的片内PLL（可能的输入频率范風1025 MHz）可实现最高70 MHz的CPU时钟频率。 ADXL202传感器与LPC2103的接口电路如图5所示。ADXL202加速度传感器的T2经125 kQ电阻接地，可以得到信号输出的周期为1 ms。 13、14引脚接+5 V电源，XHLT和YFILT经O. luF电容接地，用于设苣50 Hz带宽。 两路输岀分别与LPC21O3的PO. O和PO. 2引脚相接，作为数据传输线。数据传输有两
8、 种方法，分別为普通GPIO 口方式和泄时器捕获中断方式。2. 2普通GPIO 口方式由于传感器输岀均为DCM信号，无论采用什么方式进行数据接收，都需要左时器/计 数器工作，对DCM信号进行计时处理。因此，程序首先要对泄时器进行初始化。然后分别 对DCM信号的高电平和低电平持续时间进行计时，得到Tl、T2的值，再进行加速度计算。 由于默认情况下GPIO均为普通I / 0方式，所以开始不用设置PIN-SEL寄存器。普通GPIO 口方式程序如下：普通GPIO 口方式的程序比较简单，虽然程序的执行需要时间，但由于LPC21O3的主 频可以达到40 MHz,执行几条指令只需几微秒，所以产生的误差会很小
9、。但普通GPIO方 式程序执行时，CPU 直在等待上升沿或下降沿的到来，大大降低了 CPU的使用效率。可 以使用图5所示Xout与LPC2103的接口方式。2. 3左时器捕获中断方式如图5所示，Yout与LPC2103的PO. 2引脚相接，利用P0. 2的功能复用，可以实现定时器捕获中断方式接收传感器数据。主要程序段如下：中断处理程序运行之后，得到的信号周期应为T2=tl+t2o故加速度为(fp32)tl / (fp32)t2+(fp32)一 O. 5严8。使用中断服务程序大大提高了 CPU的使用效率，但程序较 为复杂，并且占用了一个中断向量通道。结语ADXL202传感器的应用方法经过验证完全可行，并且能够达到较髙的测量精度。由于 集成度髙，由ADXL2O2和ARM系列微控制器组成的系统完全可以用于汽车、火车等交通 工具的安全控制系统。ADXL202在惯性导航、倾斜感应、地震监控及汽车保险等领域都有 着广泛的应用，精度高、集成度高、功耗低等特点使之完全可以取代传统的加速度传感器。