三轴加速度传感器及斜度仪的设计
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仪表技术 2011年第5期
三轴加速度传感器及斜度仪的设计
周炯亮,陈青华,郑安平
(1.河南职业技术学院机电工程系,河南郑州450046;2.郑州轻工业学院电气信息工程学院,河南郑州450002)
摘要:介绍新型加速度传感器SMB380的功能及构成,采用微控制器MC68HC908QT2与其相结合构成便携式斜度测量装置。该系统结构小巧,扩展灵活,自带USB口将采集到的斜度信息送入上位机可进行软件分析等进一步操作。
关键词:
SMB380;微控制器MC68HC908QT2;斜度仪
1006-2394(2011)05-0068-03
中图分类号:TP212 文献标识码:B 文章编号:
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DesignofTriaxialAccelerationSensorandGradientApparatus
ZHOUJiong-liang,CHENQing-hua,ZHENGAn-ping
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(1.HenanPolytechnic,Zhengzhou450046,China;2.ZhengzhouUniversityofLightIndustry,Zhengzhou450002,China)
Abstract:NewfunctionsandformsofanewaccelerationsensorSMB380areintroduced.Combinedwiththemicro-controllerMC68HC908QT2,aportableslopemeasuringdevicewhichisverycompactandflexibleisdesigned.TheUSBportcancollectinformationoftheslopeandsendinformationtothehostcomputerforsoftwareanalysisandfurtheraction.
Keywords:SMB380;MCUMC68HC908QT2;gradientapparatus
型机加速传感的结构。可测量垂直轴向的加速度和热力学温度,在-40 ~+85 环境下正常工作。
SMB380引脚配置如图1所示。
0 引言
三轴加速度传感器是针对移动电话、消费电子产品以及卫生、物流和安全系统领域内减少耗电、提升功能的要求应运而生。近年来在消费市场领域的应用主要有HDD保护、跌落保护、滚动菜单、计步器、振动监测、游戏等,近几年在汽车领域的应用尤其广泛,包括安全气囊防护系统、电子稳定程序ESP、防抱死系统ABS,以及针对报警系统、坡道辅助系统和主动悬挂系统中的倾角测量等。本文采用微控制器与其相结合构成一种便携式斜度测量装置,系统结构小巧,扩展灵活,系统的USB口将采集到的斜度信息送入上位机,继而可进行软件分析等进一步操作。1 SMB380简介
1.1 功能及引脚定义
德国博世传感器开发的面向便携设备的三轴加速度传感器SMB380,是一款在消费市场领域已经应用且有着广泛前景的带有数字输出的三轴低加速度传感器。传感器的感应基于电容检测的原理,由内部一个赋值电路根据微分值原理转换输出,采用了三通道微
收稿日期:2010-12
基金项目:河南省重点科技攻关项目([1**********]7)
图1 SMB380管脚图
VDD电源端,2.4~3.6V; INT中断; CSB片选端; SCK串行时钟; SDO串行数据输出; SDI串行数据输入输出;
VDDIO数字接口/电源,1.62~3.6V。1.2 SMB380主要特点
加速度的测定范围可在 2g、 4g、 8g中选择,带宽25~1500Hz;
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低功耗ASIC,消耗电流待机时1 A、工作时低于200 A;
数字接口,输出精度为10bi,t支持SPI(3线/4线)、IC接口;
为移动叫醒或自由落体检测而设的可编程中断功能;
小功耗自我提醒模式; 全自我检测功能;
热力学温度输出,-30 ~97.5 ,精度0.5 ; QFN包装(3mm 3mm 0.9mm),封装面积是现有产品的50%左右;
符合ROHS要求。2 便携式斜度测量装置的设计2.1 硬件电路设计
考虑到该装置的便携性要求,器件地选择必须本着小型及低功耗的原则。微控制器选用摩托罗拉公司
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生产的MC68HC908QT2作为核心元件,该芯片稳定性好,8引脚QFN小型封装和高性价比,具有输入捕捉,PWM输出,内部有128ByteRAM,1.5KBEPROM,无需外扩。还提供多种外围接口,带A/D转换器,多通道定时器,内部自带看门狗及可编程实现休眠模式自动切换,以及满足工业需求的现场在线编程的1.5KB的FLASH。
MC68HC908QT2的两个IO口PTA0和PTA1与SMB380的IC接口SCK和SCL连接,用软件实现IO
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口模拟IC总线通信。选用内部时钟。USB接口部分采用转接芯片CH341T,通过USB总线提供与上位机的串行接口,同样把MC68HC908QT2的IO口PTA5和PTA4与CH341T的SCL和SDA相连,用软件实现IO口模拟IC总线通信。这种软件模拟IC通信的方式,从硬件上节约了IO口线资源,用最少的器件实现最大化的功能,符合便携式设备的实际要求。部分硬件电路原理图如图2
所示。
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图2 硬件电路连接图
2.2 系统软件设计
软件总体结构如图3所示。
编程所采用的软件环境为KeiluVision2。整个加速度信号数据采集的软件采用模块化结构,便于维护和扩充,该软件主要包括初始化、动态校零、采样、上位机通信管理、WDT等常规模块。该系统用微控制器的
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普通IO口按照IC总线通信协议模拟分别实现了与2
...
sbitSDA=PTA4; sbitSCL=PTA5;bitack;...
/*模拟I2C数据传送位*//*模拟I2C时钟控制位*//*应答标志位*/
/*启动I2C总线函数*/voidStart_I2c(){ SDA=1;
Delay1 s(1);SCL=1;
/*发送起始条件的数据信号*/
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Delay1 s(5);SDA=0;Delay1 s(5);SCL=0;Delay1 s(2);}
/*发送起始信号*/
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/*起始条件建立时间大于4.7 s,延时*//*起始条件锁定时间大于4 s*//*准备发送或接收数据*/
其他部分从略,严格按照IC总线传输协议编写读写程序即可。3 电源模块
针对便携式仪表低功耗设计的要求,如图4所示斜度仪的电源系统采用了MAX1674升压芯片和TP4054电源充电管理模块。MAX1674在提供了系统电源的同时又实现了电池欠压检测的功能。TP4054芯片实现USB电源及电池供电相结合的模式智能充
图3 软件总体结构图
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电,可以方便地为系统进行供电、
充电。
图4 电源模块电路图
4 结束语
应用新型3D加速度传感器实现的便携式斜度测
量装置可以方便地采集并记录每一时刻的运行记录。通过硬件和软件所采用的有关技术显著地减少了器件体积及成本,且加入了USB接口,方便在不同环境中的灵活使用,与VC++编写的上位机通信软件结合可对多种环境下的倾斜度及物体的运动状态进一步分析,得到更有参考价值的数据。实践表明该便携式斜度测量装置运行稳定,能耗低,小巧灵活,可扩展性好,具有良好的应用前景。参考文献:
[1]王树勋.单片微型计算机原理与应用[M].北京:机械工业
出版社,1990.
[2]苏维嘉,苏俊.加速度传感器在汽车制动性能检测中的应
,,21(75.
[3]侯向锋,刘蓉,周兆丰.加速度传感器MMA7260在步态特
征提取中的应用[J].传感技术学报,2007,20(3):507-511.
(郁菁编发)
(上接第67页)
{
wr_data(line2[i]);delay100ms();delay100ms();}
}
//写显示数据
参考文献:
[1]汪道辉.单片机系统设计与实践[M].北京:电子工业出版
社,2006.
[2]董晓红.单片机原理及接口技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2004.
[3]郁有文.传感器原理及工程应用[M].西安:西安电子科技
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