数字式MEMS加速度传感器在车载导航中的应用

文章摘要： 图3测量电路原理框图 (1) 测量部分电路主要由ADXL 202JE构成，并辅助以一些滤波及调节电路； (2) 系统控制电路部分主要由AT89C52单片机以及MAX232构成，由单片机处理占空比调制信号，MAX232芯片实现串口通信； (3)GPS模块选用摩托罗拉的GT型Oncore接收器。 软件设计 单片机采用中断触发的方式来测量传感器输出脉冲周期，从而计算当前系统的倾斜角，并结合GPS模块判断车辆是否上高架，主要流程框图如图4 所示。 图4程序流程图 结论与讨论

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        图3　测量电路原理框图 

        (1) 测量部分电路主要由ADXL 202JE构成，并辅助以一些滤波及调节电路； 
        (2) 系统控制电路部分主要由AT89C52单片机以及MAX232构成，由单片机处理占空比调制信号，MAX232芯片实现串口通信； 
        (3)GPS模块选用摩托罗拉的GT型Oncore接收器。 

        软件设计 
        单片机采用中断触发的方式来测量传感器输出脉冲周期，从而计算当前系统的倾斜角，并结合GPS模块判断车辆是否上高架，主要流程框图如图4 所示。 

        图4　程序流程图 

        结论与讨论 

        测量动态加速度的带宽选择 
        ADXL 202JE带宽式中：，R_F为滤波器的电阻值，C_F 为滤波器的电容值(对应为R_Fx ，R_Fy，C_Fx ，C_Fy)。可见，带宽主要由C_F 确定。因此在设计时，首先要确定被测加速度的频率范围，然后再设计滤波器的参数。因为ADXL 202JE固有噪声N与带宽W 的平方根成正比，其关系为N = (500×W×115)，当带宽为5Hz 时，噪声为0.43mg。因此要选择合适的带宽，尽量使滤波器的带宽略高于被测频率，这样做不仅有利于滤除高频干扰，也利于降低系统噪声干扰。 

        占空比调制器周期的确定 
        对于ADXL 202JE，当DCM输出方波频率大于模拟带宽10倍以上，测量准确度就很理想，因此周期越小越好。但是周期的减小对微控制器的处理速度要求会提高，而实际中硬件的处理速度是受到器件性能限制的。综合以上因素，方波的周期是根据模拟带宽、处理器速度以及测量分辨力的要求共同确定的。 

        实验分析 
        根据实际的精度要求，实验选用1uF 的滤波电容，这样带宽为5Hz，噪声约为0.43mg。R_s阻值为1M，这样输出方波周期约为141Hz。采用12M晶振的单片机，这样占空比的精度可到达0.14%。在实际车载实验中，经过滤波和平滑处理，并通过反复调试基本实现了设计目的(图5 是实际测得的数据)。 

        图5　车辆上下高架时倾斜角测量曲线 

        结    论 
        应用上述的设计方法及其要点，基本实现了对车辆定位的要求，达到了预期效果。实践证明ADXL 202JE非常适合于频率变化较为缓慢、加速度不太大的测量。在充分考虑各种因素基础上，合理设计有关参数，就可以得到很好的准确度。

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