基于三軸加速度計SCA3000和LPC2210的傾斜角傳感器設計

2 SCA3000

傳感器的微型化、智能化、低功耗是當今傳感器發(fā)展的必然趨勢，微電子機械系統(tǒng)技術(MicroElectro，Mechanical Systems，MEMS)是傳感器微型化發(fā)展道路上的一項重要技術。SCA3000-D1是VTI公司的全數(shù)字化三軸加速度計，量程±2g，電源電壓3.3 V，64組緩沖存儲器記錄數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)一級上面，有先進的性能和有效節(jié)能方式，頻率響應可選，SPI數(shù)字串口通信，抗沖擊力強，可以應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，這個前端單元包含三個加速度傳感塊。由于結構原因，三個加速度傳感塊傳感方向與直角坐標成45°角，所以在接口電路模塊中有一個匹配處理，加速度導致電容變化接著在信號調(diào)理電路中轉(zhuǎn)化為電壓變化。2.2 接口電路

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

3 硬件設計

在此運用ARM7微控制器LPC2210和三軸加速度計SCA3000測量數(shù)據(jù)。運用ZLG7290控制LED顯示傾斜角度，保留一組SPI接口用于擴展功能。

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

SPI是一個全雙工的同步串行接口，一個SPI總線可以連接多個主機和多個從機，但是在同一時刻只允許一個主機操作總線，總線上只能有一個主機和一個從機通信。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，一個主機連接兩個從機，主出從進(Master Out Slave In，MOSI)，主入從出(Master In Slave Out，MISO)，串行時鐘(Serial ClocK，SCK)，片選(Chip Select，CSB)低有效，工作時SSO，SSl只能有一個為低。主機一般為微控制器產(chǎn)生串行時鐘，從機接收時鐘。SCA3000一般作為從機組成一個系統(tǒng)。

SCA3000SPI幀格式和傳輸協(xié)議如圖6所示。

當CSB為低時，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)，讀時不要考慮上面的數(shù)據(jù)。MOSI線上數(shù)據(jù)是在時鐘上升沿被采樣，而在MISO線上數(shù)據(jù)在時鐘下降沿被裝載。

MISO線上，第2 b為前一SPI幀的幀錯誤比特，第7 b始終為1，第8 b為當前幀數(shù)據(jù)的奇偶校驗位。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)。