基于三軸加速度計SCA3000和LPC2210的傾斜角傳感器設計

4 數據處理與校驗

由于測量精度、外力影響，三軸加速度計的橫軸傳感，零刻度度偏移，溫度飄移等影響導致三軸加速度計在測量上出現誤差，或者測量數據受到不同程度的污染，這對求傾斜角產生很大的阻礙。由于上述原因的影響，現實中測量得到的三軸加速度計的三個數據的矢量和往往不會等于重力加速度。有外力時加速度傳感器測得的是重力與外力和的加速度，肯定不等于重力加速度，有恒外力作用時難以直接測量傾斜角的準確值(運用適當方法進行補償或抵消除外)，SCA3000對數字信號進行低通濾波可以去除掉高頻振動;對三軸數字數據進行權限設置，對于三軸數據矢量和與重力加速度的偏差大于0.05g時拋棄此次測量數據，保證測量精度。

4.1 零點偏移

零刻度偏移的解決方案，當傾斜角較小時，z軸數據的分辨率極低，影響測量精度，所以此時運用其中兩軸進行傾斜角測量將更精確。為提高精度，需要對傾斜角傳感器進行調零校正，校正后的結果將是測量值減去偏移值后的數據。偏移值的測量方法有兩種：

(1)將傳感器放置在一個校準水平面上，此時的輸出即為偏移值。

(2)如圖7所示，測量出圖7(a).(b)姿勢的輸出VA，VB偏移值為(VA+VB)/2。

4.2 橫軸傳感

橫軸傳感補償方案，由于組合封裝或者器件本身結構原因，三軸加速度計存在橫軸傳感現象，三軸加速度計的橫軸傳感的度量有下式定義：

式中：Sx，Sz為橫軸方向測得的傳感量，Sy為測試方向測得的傳感量，由于橫軸傳感的存在，使得測量結果不準確，所以需要對輸出結果進行補償，首先來考慮兩軸間的傳感補償，如圖8所示。

圖8中，測試方向為y軸方向，加速度傳感器如圖8(a)樣式放置時，x軸輸出為Voutx-A，y軸輸出為Vouty-A;加速度傳感器如圖8(b)樣式放置時，x軸輸出為Voutx-B，y軸輸出為Vouty-B，測試方向y軸傳感量為：

x橫軸傳感量為：

所以當傾斜角傳感器傾斜為某一角度時，x橫軸數據經y軸進行傳感補償后的值為：

式中：xoutComp為補償后的x軸數據;Vouty-axis為x軸測量數據;Vouty-axis為y軸測量數據;Voffsety為y軸數據偏移值。同樣，z軸數據對x軸數據進行補償后得到x軸數據的校準值。4.3 數據融合

SCA3000工作在測量模式下時，傳感器輸出數據速率為260 Hz，0.37 s就可以產生一次輸出緩沖存儲器半滿中斷。所以在傾斜角度變化不是很劇烈的情況下，可以對每一輸出緩沖存儲器中數據進行加權平均求得傾斜角度。