MSCl210在微位移傳感器系統(tǒng)的應用

3 MSC1210數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設計
對MSC1210 ADC的各個控制字的設置將會極大地影響傳感器的最終分辨率和穩(wěn)定性。例如，輸入緩沖器使用與否、可編程放大器增益的選擇、調制器時鐘速度選擇(決定模擬采樣率以及濾波器型號的選擇)等，這些參數(shù)的設定都不是一次完成的，有些要經(jīng)過反復的組合、嘗試，最終得到滿意的結果。為了避免每次修改程序后必須重新下載到FLASH程序存儲器中，MSC1210在工作之前的ADC的初始化工作由PC機完全控制。首先，PC機將各種必要的控制信息通過串口傳給MSC1210，MSC1210根據(jù)這些信息進行ADC的初始化工作。具體地說就是，PC機向MSC1210發(fā)送6個字節(jié)，這6個字節(jié)中包含了濾波器型號、ACLK、ADCON2和ADCON3寄存器中的抽樣值、修改模擬輸入信道后的延時值、必須拋棄的數(shù)據(jù)輸出周期數(shù)和可編程放大器的增益。然后，MSC1210啟動ADC的初始化工作。進入正常工作狀態(tài)后，如果發(fā)現(xiàn)當前數(shù)據(jù)輸出周期數(shù)已大于預先設置的必須拋棄的數(shù)據(jù)輸出周期數(shù)，MSC1210就認為這個輸出數(shù)據(jù)及其以后的輸出數(shù)據(jù)都是有效的了，但它并不立刻將數(shù)據(jù)發(fā)送給PC機，而是要馬上修改模擬輸入通道，然后再使前一輸入通道的輸出是無效的，緊接著進入下一個數(shù)據(jù)輸出周期。MSCl210的工作流程可簡單用圖4表示。PC機除對MSC1210 ADC的初始化控制外，主要負責將MSCl210通過RS 232串口發(fā)送上來的數(shù)據(jù)用可視化的圖形實時地顯示在窗口適當位置。每次MSC1210向PC機發(fā)送4個字節(jié)。這4個字節(jié)是如下定義的：第1個字節(jié)表示傳感器的通道號，0表示AIN0與AIN1差分輸入，即X維的信息；1表示AIN2與AIN3差分輸入，即Y維的信息。后三個字節(jié)是輸出數(shù)據(jù)的24位二進制表示，是MSC1210 ADC的轉換結果。當PC機處理進程檢測到輸入緩沖區(qū)滿4個字節(jié)后，讀取緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)，同時清空輸入緩沖區(qū)。根據(jù)第1個字節(jié)識別通道后，將數(shù)據(jù)轉換為電壓值后顯示到相應位置(單位：mV)，并且在窗口中開辟兩塊圖形顯示區(qū)域，分別實時顯示X軸和y軸的信號變化情況。為了更好地觀測到信號的微小變化，進程提供了圖形的放大顯示功能。為了方便，放大倍數(shù)可選為12.5倍和125倍。

4 實驗結果
經(jīng)過反復試驗，結合實際的要求，最終把微位移傳感器的數(shù)據(jù)輸出率定位在10 Hz，分辨率高達15位，具有很高的穩(wěn)定性，取得了良好效果。相關參數(shù)選擇如下：MSC1210的濾波器型號為sinc3，ACLK為1，ADCON2和ADCON3寄存器中的抽樣值設為1 080，將模擬輸入緩沖關閉，模擬輸入通道改變后拋棄3個數(shù)據(jù)輸出周期，采用偏移和增益內部自校正。圖5就是微位移傳感器在工作時的數(shù)據(jù)輸出的圖形顯示，兩條曲線分別表示其在X軸和Y軸上的受力情況。根據(jù)力信息可以方便地計算出位移信息。

在中科院合肥智能所機器人傳感器實驗室多維力傳感器技術的基礎上，利用MSC1210的優(yōu)勢研制成功的微位移傳感器，具有體積小、分辨率高、穩(wěn)定性能好等優(yōu)點。MSC1210單片機是功能強大的數(shù)據(jù)采集芯片，可以廣泛應用于儀器儀表、測控和導航等領域。