1、1 ADXL202加速度传感器11 ADXL202的引脚定义及基本特性ADXL202为单片集成电路，集成度高、结构简单，内部包含多晶硅表面微处理传感器和信号控制电路， 以实现开环加速度测量结构。 与其他加速度 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传感器的引脚定义。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。输出信号周期 T2=RSET (125 M
2、S-1) 。VDD：电源。工作电压范围为 +3 O +525 V，可经过 100 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。Xout 、Yout ：输出。1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定的加速度。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
3、 k 的电阻来驱动占空比调制器，通过在 XFILT 和 YFILT 引脚外接电容 CX和 CY来改变带宽。12 测量数据的计算及处理(1) 信号带宽的计算通过 CX和 CY来设定带宽，在 XFILT 和 YFILT 引脚接上电容， 通过低通滤波器来减少噪声。 3 dB 带宽的公式为：f=5 FC(x，y) ( 电容最小值为 l 000 pF)(2) 加速度的计算输出信号周期 T2=RSET(125 M s-1) ，如图 3 所示。2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 (O510 ms) ，这很适于在精度要求不同的场
4、合下使用。 输出的占空比信号通过计数器可以计算出占空比。 加速度的计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 一 T1) 相同，输出信号的占空比为 50；当加速度为 1g 时，信号宽度 T1 与空闲宽度 (T2 一 T1) 的比值为 5：3，输出信号的占空比为 625。13 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据的影响可以忽略不计。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
5、出随倾斜度的变化大约为每度 175 mg，当两者呈 45时，输出变化值仅为每度 122 mg，分辨率降低。表 1 为倾斜角3度与加速度变化的关系。2 应用电路设计21 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嵌入的高速片内 Flash 内存。 LPC2103具有 LQFP48的较小封装、极低的功耗、多个 32 位定时器、 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(可能的输入频率范围： 10 25 MHz)可实现最高 70 MHz 的 CPU
6、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 k 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， XFILT 和 YFILT 经 O 1 F 电容接地，用于设置 50 Hz 带宽。两路输出分别与 LPC2103的 POO和 PO 2 引脚相接，作为4数据传输线。数据传输有两种方法，分别为普通 GPIO口方式和定时器捕获中断方式。22 普通 GPIO口方式由于传感器输出均为DCM信号，无论采用什么方式进行数据接收，都需要定时器计数器工作，对 DCM信号进行计时处理。因此，程序首先要
7、对定时 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 T1、 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LPC2103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。但普通 GPIO方式程序执行时， CPU一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。23 定时器捕获中断方式5如图 5 所示
8、， Yout 与 LPC2103的 PO2 引脚相接，利用 P02 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=t1+t2 。故加速度为(fp32)t1(fp32)t2+(fp32)t1)一 O5)*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， 并且能够达到较高的测量精度。由于集成度高，由 ADXL202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。6
