數(shù)字傾角測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)
加入技術(shù)交流群
設(shè)計(jì)中的傾角傳感器是基于熱對(duì)流的傾角傳感器，該傾角傳感器質(zhì)量較小，在大沖擊或高過(guò)載時(shí)產(chǎn)生的慣性力也很小，所以，具有較強(qiáng)的抗振動(dòng)或沖擊能力，是為數(shù)不多的能夠兼有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、有通用傳感器集成電路等優(yōu)點(diǎn)的傾角傳感器之一。本設(shè)計(jì)通過(guò)傾角傳感器測(cè)量平臺(tái)的傾角，輸出電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)運(yùn)放放大后，輸出給單片機(jī)電路進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后，通過(guò)數(shù)碼管顯示傾角的大小，還可用做控制系統(tǒng)輸出控制信號(hào)調(diào)整平臺(tái)的傾角。
1 數(shù)字傾角測(cè)量?jī)x的原理
傾角測(cè)量?jī)x的整體硬件設(shè)計(jì)原理如圖1所示，它由傳感器、前置放大電路、A／D轉(zhuǎn)換電路及單片機(jī)系統(tǒng)等部分組成。傳感器采集加速度信息，經(jīng)過(guò)內(nèi)部轉(zhuǎn)換后輸出電壓值，電壓值分為兩路，一個(gè)是測(cè)量X軸方向上的加速度；另一個(gè)是測(cè)量Y軸方向上的加速度。兩路電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波、運(yùn)算放大器放大處理后輸出放大后的電壓給A／D轉(zhuǎn)換模塊，A／D轉(zhuǎn)換模塊輸出8位數(shù)字量給單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)最后輸出串行數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)碼管顯示電路輸出平臺(tái)的傾斜角度。
2 傳感器工作原理
設(shè)計(jì)中使用的傳感器為MXA2050A，其是位于一單片集成電路CMOSIC上的完整的加速度測(cè)量系統(tǒng)。該傳感器是基于自然對(duì)流而進(jìn)行熱傳導(dǎo)的，在MXA2050A中氣體是密封腔體內(nèi)的唯一運(yùn)動(dòng)體，它的質(zhì)量較小，在大沖擊或高過(guò)載時(shí)產(chǎn)生的慣性力也很小，所以，具有較強(qiáng)的抗振動(dòng)或沖擊能力。它是一個(gè)極其低廉的雙軸加速度計(jì)，因?yàn)椴粠в幸苿?dòng)部件，所以器件特別可靠，而且，還可采用基于一個(gè)亞微米的CMOS方法生產(chǎn)制造。這種方法可以生產(chǎn)小型尺寸的晶片，所以，這種器件非常低廉且多功能。MXA2050A加速度測(cè)量范圍是：±10gn，輸出量是兩路模擬電壓信號(hào)。允許分辨1 Hz帶寬中的低于10 mg。信號(hào)，頻響可擴(kuò)展至40Hz。在附帶一個(gè)簡(jiǎn)單外部電路的情況下，頻響擴(kuò)展至160Hz。
熱對(duì)流加速度計(jì)包含一個(gè)密閉的腔體，腔體內(nèi)充有流體，其中，有一個(gè)加熱元件將把腔體中加熱元件周圍的流體加熱，加熱后的流體發(fā)生膨脹而密度下降，在重力的作用下上升，周圍的相對(duì)冷的流體補(bǔ)充到空位置上，這樣，反復(fù)循環(huán)而造成熱對(duì)流傳導(dǎo)。在靜止?fàn)顟B(tài)下溫度曲線是對(duì)稱的，在有加速度的情況下，由于自然對(duì)流熱傳導(dǎo)，使得任何方向上的加速度會(huì)擾亂溫度，引起溫度的不對(duì)稱。因此，加速度計(jì)中4個(gè)熱電堆的溫度和輸出電壓是相異的。不同的熱電堆輸出電壓直接正比于加速度。在加速度計(jì)上它們具有2個(gè)相同的加速度信號(hào)通道。一個(gè)是測(cè)量X軸方向上的加速度；另一個(gè)是測(cè)量Y軸方向上的加速度，其外圍電路如圖2所示。
3 運(yùn)放、A／D轉(zhuǎn)換和顯示電路
在傳感器的應(yīng)用中，高阻抗的前置放大器主要作用有2個(gè)：一是將傳感器的微弱信號(hào)放大；二是將傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出，設(shè)計(jì)中的前置放大器主要由AD623放大電路組成，電路圖如圖3所示。
運(yùn)放AD623同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)減法、加法、放大的功能，傳感器輸出的信號(hào)VX先減去其在水平方向時(shí)的零位電壓，然后，經(jīng)過(guò)放大G倍，再加上參考電壓VREF，最后輸出為
通過(guò)調(diào)節(jié)RG1的大小就可以調(diào)節(jié)放大倍數(shù)，參考電壓由滑動(dòng)變阻器分壓輸出。傳感器產(chǎn)生的電壓信號(hào)首先經(jīng)過(guò)放大器后輸出給A／D轉(zhuǎn)換電路。A／D轉(zhuǎn)換采用TLC5510，可以實(shí)現(xiàn)由單片機(jī)控制轉(zhuǎn)換的速度，輸出數(shù)字量為8位，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的精度要求。
評(píng)論