MSCl210在微位移傳感器系統(tǒng)的應(yīng)用

3 MSC1210數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
對(duì)MSC1210 ADC的各個(gè)控制字的設(shè)置將會(huì)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(diào)制器時(shí)鐘速度選擇(決定模擬采樣率以及濾波器型號(hào)的選擇)等，這些參數(shù)的設(shè)定都不是一次完成的，有些要經(jīng)過(guò)反復(fù)的組合、嘗試，最終得到滿意的結(jié)果。為了避免每次修改程序后必須重新下載到FLASH程序存儲(chǔ)器中，MSC1210在工作之前的ADC的初始化工作由PC機(jī)完全控制。首先，PC機(jī)將各種必要的控制信息通過(guò)串口傳給MSC1210，MSC1210根據(jù)這些信息進(jìn)行ADC的初始化工作。具體地說(shuō)就是，PC機(jī)向MSC1210發(fā)送6個(gè)字節(jié)，這6個(gè)字節(jié)中包含了濾波器型號(hào)、ACLK、ADCON2和ADCON3寄存器中的抽樣值、修改模擬輸入信道后的延時(shí)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(dòng)ADC的初始化工作。進(jìn)入正常工作狀態(tài)后，如果發(fā)現(xiàn)當(dāng)前數(shù)據(jù)輸出周期數(shù)已大于預(yù)先設(shè)置的必須拋棄的數(shù)據(jù)輸出周期數(shù)，MSC1210就認(rèn)為這個(gè)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(jī)，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(wú)效的，緊接著進(jìn)入下一個(gè)數(shù)據(jù)輸出周期。MSCl210的工作流程可簡(jiǎn)單用圖4表示。PC機(jī)除對(duì)MSC1210 ADC的初始化控制外，主要負(fù)責(zé)將MSCl210通過(guò)RS 232串口發(fā)送上來(lái)的數(shù)據(jù)用可視化的圖形實(shí)時(shí)地顯示在窗口適當(dāng)位置。每次MSC1210向PC機(jī)發(fā)送4個(gè)字節(jié)。這4個(gè)字節(jié)是如下定義的：第1個(gè)字節(jié)表示傳感器的通道號(hào)，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(gè)字節(jié)是輸出數(shù)據(jù)的24位二進(jìn)制表示，是MSC1210 ADC的轉(zhuǎn)換結(jié)果。當(dāng)PC機(jī)處理進(jìn)程檢測(cè)到輸入緩沖區(qū)滿4個(gè)字節(jié)后，讀取緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)，同時(shí)清空輸入緩沖區(qū)。根據(jù)第1個(gè)字節(jié)識(shí)別通道后，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電壓值后顯示到相應(yīng)位置(單位：mV)，并且在窗口中開(kāi)辟兩塊圖形顯示區(qū)域，分別實(shí)時(shí)顯示X軸和y軸的信號(hào)變化情況。為了更好地觀測(cè)到信號(hào)的微小變化，進(jìn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果
經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，結(jié)合實(shí)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(dá)15位，具有很高的穩(wěn)定性，取得了良好效果。相關(guān)參數(shù)選擇如下：MSC1210的濾波器型號(hào)為sinc3，ACLK為1，ADCON2和ADCON3寄存器中的抽樣值設(shè)為1 080，將模擬輸入緩沖關(guān)閉，模擬輸入通道改變后拋棄3個(gè)數(shù)據(jù)輸出周期，采用偏移和增益內(nèi)部自校正。圖5就是微位移傳感器在工作時(shí)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(jì)算出位移信息。

在中科院合肥智能所機(jī)器人傳感器實(shí)驗(yàn)室多維力傳感器技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用MSC1210的優(yōu)勢(shì)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(diǎn)。MSC1210單片機(jī)是功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集芯片，可以廣泛應(yīng)用于儀器儀表、測(cè)控和導(dǎo)航等領(lǐng)域。