基于三軸加速度計(jì)的傾斜角傳感器的研究與設(shè)計(jì)

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(xiě)的寄存器地址和讀／寫(xiě)控制，其中前6 b為寄存器地址，第7 b為讀／寫(xiě)控制，1為讀，O為寫(xiě)，第8 b為0，MOSI線上后8 b為需要寫(xiě)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(xiě)過(guò)程中為地址寄存器中先前數(shù)據(jù)。

4 數(shù)據(jù)處理與校驗(yàn)
由于測(cè)量精度、外力影響，三軸加速度計(jì)的橫軸傳感，零刻度度偏移，溫度飄移等影響導(dǎo)致三軸加速度計(jì)在測(cè)量上出現(xiàn)誤差，或者測(cè)量數(shù)據(jù)受到不同程度的污染，這對(duì)求傾斜角產(chǎn)生很大的阻礙。由于上述原因的影響，現(xiàn)實(shí)中測(cè)量得到的三軸加速度計(jì)的三個(gè)數(shù)據(jù)的矢量和往往不會(huì)等于重力加速度。有外力時(shí)加速度傳感器測(cè)得的是重力與外力和的加速度，肯定不等于重力加速度，有恒外力作用時(shí)難以直接測(cè)量傾斜角的準(zhǔn)確值(運(yùn)用適當(dāng)方法進(jìn)行補(bǔ)償或抵消除外)，SCA3000對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行低通濾波可以去除掉高頻振動(dòng)；對(duì)三軸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行權(quán)限設(shè)置，對(duì)于三軸數(shù)據(jù)矢量和與重力加速度的偏差大于0．05g時(shí)拋棄此次測(cè)量數(shù)據(jù)，保證測(cè)量精度。
4．1 零點(diǎn)偏移
零刻度偏移的解決方案，當(dāng)傾斜角較小時(shí)，z軸數(shù)據(jù)的分辨率極低，影響測(cè)量精度，所以此時(shí)運(yùn)用其中兩軸進(jìn)行傾斜角測(cè)量將更精確。為提高精度，需要對(duì)傾斜角傳感器進(jìn)行調(diào)零校正，校正后的結(jié)果將是測(cè)量值減去偏移值后的數(shù)據(jù)。偏移值的測(cè)量方法有兩種：
(1)將傳感器放置在一個(gè)校準(zhǔn)水平面上，此時(shí)的輸出即為偏移值。
(2)如圖7所示，測(cè)量出圖7(a)．(b)姿勢(shì)的輸出VA，VB偏移值為(VA+VB)／2。

4．2 橫軸傳感
橫軸傳感補(bǔ)償方案，由于組合封裝或者器件本身結(jié)構(gòu)原因，三軸加速度計(jì)存在橫軸傳感現(xiàn)象，三軸加速度計(jì)的橫軸傳感的度量有下式定義：

式中：Sx，Sz為橫軸方向測(cè)得的傳感量，Sy為測(cè)試方向測(cè)得的傳感量，由于橫軸傳感的存在，使得測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確，所以需要對(duì)輸出結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償，首先來(lái)考慮兩軸間的傳感補(bǔ)償，如圖8所示。