基于三軸加速度計(jì)SCA3000和 LPC2210的傾斜角傳感器設(shè)計(jì)

2 SCA3000

傳感器的微型化、智能化、低功耗是當(dāng)今傳感器發(fā)展的必然趨勢(shì)，微電子機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)(MicroElectro，Mechanical Systems，MEMS)是傳感器微型化發(fā)展道路上的一項(xiàng)重要技術(shù)。SCA3000-D1是VTI公司的全數(shù)字化三軸加速度計(jì)，量程±2g，電源電壓3.3 V，64組緩沖存儲(chǔ)器記錄數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)一級(jí)上面，有先進(jìn)的性能和有效節(jié)能方式，頻率響應(yīng)可選，SPI數(shù)字串口通信，抗沖擊力強(qiáng)，可以應(yīng)用于許多惡劣的條件下。

2.1傳感器前端

前端單元采用了耐用、穩(wěn)定、低功耗和噪聲的電容傳感器，這個(gè)前端單元包含三個(gè)加速度傳感塊。由于結(jié)構(gòu)原因，三個(gè)加速度傳感塊傳感方向與直角坐標(biāo)成45°角，所以在接口電路模塊中有一個(gè)匹配處理，加速度導(dǎo)致電容變化接著在信號(hào)調(diào)理電路中轉(zhuǎn)化為電壓變化。2.2 接口電路

傳感單元連接一個(gè)電容電壓轉(zhuǎn)換器，接下來在模擬領(lǐng)域校準(zhǔn)，信號(hào)通過ADC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，ADC信號(hào)被分離成三個(gè)信號(hào)處理通道，經(jīng)過低通濾波器和驟減。之后，信號(hào)配合上直角坐標(biāo)系和傳輸給輸出寄存器。在一般測(cè)量中，加速度數(shù)據(jù)能夠通過串行總線SPI讀出。

3 硬件設(shè)計(jì)

在此運(yùn)用ARM7微控制器LPC2210和三軸加速度計(jì)SCA3000測(cè)量數(shù)據(jù)。運(yùn)用ZLG7290控制LED顯示傾斜角度，保留一組SPI接口用于擴(kuò)展功能。

如圖5所示，LPC2294通過SPI總線連接SCA3000，通過I2C總線連接ZLG7290，開關(guān)S1，S2，S3，S4用做校準(zhǔn)功能使用，具體運(yùn)用后面介紹。

SPI是一個(gè)全雙工的同步串行接口，一個(gè)SPI總線可以連接多個(gè)主機(jī)和多個(gè)從機(jī)，但是在同一時(shí)刻只允許一個(gè)主機(jī)操作總線，總線上只能有一個(gè)主機(jī)和一個(gè)從機(jī)通信。SPI總線一般由3～5根線組成，如圖5所示為經(jīng)典的4線SPI連接電路，一個(gè)主機(jī)連接兩個(gè)從機(jī)，主出從進(jìn)(Master Out Slave In，MOSI)，主入從出(Master In Slave Out，MISO)，串行時(shí)鐘(Serial ClocK，SCK)，片選(Chip Select，CSB)低有效，工作時(shí)SSO，SSl只能有一個(gè)為低。主機(jī)一般為微控制器產(chǎn)生串行時(shí)鐘，從機(jī)接收時(shí)鐘。SCA3000一般作為從機(jī)組成一個(gè)系統(tǒng)。

SCA3000SPI幀格式和傳輸協(xié)議如圖6所示。

當(dāng)CSB為低時(shí)，SPI幀觸發(fā)，每一幀數(shù)據(jù)有16 b，MOSI線上前8 b包含需要讀/寫的寄存器地址和讀/寫控制，其中前6 b為寄存器地址，第7 b為讀/寫控制，1為讀，O為寫，第8 b為0，MOSI線上后8 b為需要寫的數(shù)據(jù)，讀時(shí)不要考慮上面的數(shù)據(jù)。MOSI線上數(shù)據(jù)是在時(shí)鐘上升沿被采樣，而在MISO線上數(shù)據(jù)在時(shí)鐘下降沿被裝載。

MISO線上，第2 b為前一SPI幀的幀錯(cuò)誤比特，第7 b始終為1，第8 b為當(dāng)前幀數(shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)位。后8位數(shù)據(jù)為要讀取的數(shù)據(jù)，在寫過程中為地址寄存器中先前數(shù)據(jù)。