智能加速度傳感器的設計

2.3 信號調理電路

信號調理主要是指對敏感元件的輸出信號進行編碼和調制以便獲得更好的信噪比，同時也包括信號平均和冗余度、以及自我檢查和故障探測系統以便探測敏感元件的任何不正常運轉。在敏感元件的輸出到放大器的輸入端之間，有可能引入工頻干擾、靜電干擾、電磁耦合干擾和共模干擾等。這樣信號就不可避免地帶有噪聲，嚴重者會被噪聲淹沒。因此降低噪聲、改善信噪比就顯得尤為重要。對于敏感元件，由于輸出的電荷量非常小，應將其信號放大。但是當敏感元件輸出信號的范圍較大時，就不宜用同一增益的放大電路進行放大，否則在輸入信號較小時，輸出信號將小于一半量程，而輸入信號較大時卻使放大電路處于飽和狀態。同時，由于壓阻式敏感元件的電阻除由應變引起之外，也受溫度變化的影響，因此也必須考慮溫度補償問題。 　　鑒于上述考慮，系統選用集成智能傳感器信號調理模塊MAXl452和外接的電阻、電容組成智能傳感器信號調理電路。MAXl452內含一個可編程傳感器激勵源，一個16階可編程增益放大器，一個768字節內部EEPROM，四個16位DAC，一個預置運算放大器、一個片上溫度傳感器。

MAXl452偏移糾正過程如下：初始偏移在信號增益放大器的輸入級通過近似偏移設置進行糾正，最終的偏移通過溫度指示的176個16位入口查詢表地址糾正。片上溫度傳感器提供一個16位偏移補償值，這個補償值的指示分辨率在-400℃~+l25℃約為1.5℃。

MAXl452的兩個功能模塊用于滿量程輸出增益矯正。其過程一是通過可編程增益放大器數字選擇增益進行增益近似設置，二是通過滿量程輸出DAC數字輸入設置傳感器電橋電流或電壓。

這樣就可通過CPU的操作，設置零位偏移寄存器、溫度寄存器、零點溫度補償寄存器、輸出基準寄存器、增益溫度補償寄存器等。這些寄存器中的值通過D/A轉換器變成模擬量疊加在調理電路中，從而改善了傳感器特性。

2.4 串行接口電路

串行口是智能傳感器與上位機或者其它設備交換信息的通道[2]。系統采用MAX202E芯片實現接口電路的設計，如圖3所示。MAX202E為RS-232兩路發送，兩路接收，單一的+5V供電，傳輸率高達120kb/s，并且具有較強的抗干擾性。芯片內部自帶電壓轉換裝置，+5～±10V電壓轉換由雙路沖放電電壓變換器實現。首先，沖放電電壓變換器通過電容C1將+5V電壓轉換為+10V電壓，并將+10V電壓儲存在V+的輸出濾波電容C3中，然后通過電容C2將+10V轉換為-10V，并將-10V電壓V-的輸出濾波電容C4中。在芯片閑置時，V+通過內部1kΩ下拉電阻連接到Vcc上，V-通過上拉電阻鏈接到GND上。

2.5 其它電路部分

其它電路主要有鍵盤電路、顯示電路、語言輸出電路和打印機接口電路等。單片機系統采用8279作為鍵盤、顯示器接口，用硬件完成鍵盤與顯示器掃描。鍵盤電路由0～9十個數字鍵和時鐘設定鍵、確認鍵、開始鍵、停止鍵等五個功能鍵組成，具有設定采樣周期、采樣頻率、啟動采樣、停止采樣、顯示控制等功能。其中采樣頻率系統默認值設定為150Hz。顯示部分主要由8位LED數碼管構成，具有實時顯示加速度數值和系統故障部位的功能。語音報警電路采用ISD公司的ISD1200系列中的20秒單片語音錄放芯片。它集語音處理和存儲于一體，具有掉電信息保存，手動和單片機控制均可等特點，使用十分方便。

3 抗干擾措施

智能加速度傳感器與其它類型的計算機系統相比，工作環境更為惡劣，往往噪聲較大，振動劇烈。而抗干擾性作為智能加速度傳感器的一個重要方面，直接影響到傳感器的測量精度和運行穩定性。系統除采用信號調理電路外，還采用數字濾波技術以提高測量精度，硬件看門狗和軟件陷阱技術來提高工作穩定性。