基于单片机的高精度倾角测量简介

在地质石油勘探、设备安装、道路桥梁建设等工程应用以及机器人控制、坦克和舰船火炮平台控制、飞机姿态控制等系统的自动水平调节中，都需要高精度的倾角测量。但高精度的倾角，测量设备通常体积较大，成本高，使许多工程应用受到限制。本文从倾角的高精度测量出发，着重介绍了倾角传感器输出稳定性处理、温度补偿、非线性处理(正弦曲线拟合)、信号调理及其测量电路的特殊处理等。1 倾角测量系统的硬件设计 倾角测量系统硬件部分主要由MEMS传感器(含双轴倾角传感器和温度传感器)、SOC电路、数据处理及传输和其他辅助电路等模块组成。

MEMS倾角传感器接口 MEMS倾角传感器测量范围为±30°。采用微机电系统(MEMS)技术制造的一款高分辨率双轴倾角传感器。数字输出分辨率为0.035°，模拟输出分辨率为0.002 5°。模拟输出的分辨率大大高于数字输出的分辨率，故本设计采用其模拟输出。模拟输出将涉及较为复杂的模拟信号处理，如果模拟信号处理不当，系统的分辨率和精度将大打折扣，有时甚至还不如数字输出。采用合理的模拟信号处理电路是保证系统精度的方法之一。

内置温度传感器可以通过其自带的SPI数字接口读取温度值，并在处理器中进行相应的温度补偿。这是保证系统精度的又一方法。阻抗匹配及放大输出阻抗为10 KΩ，为保证MEMS倾角传感器输出的信号有效地传递，即要求衰减最小，设计中采用了具有高输入阻抗的场效应管型运放设计了阻抗匹配电路，采用同相输入，以提高输入阻抗。

信号放大电路斩波稳零运算放大器来完成，具有极低的失调电压和偏置电流，具有较高的工作稳定性和优良的高精度放大功能。斩波稳零使用内部时钟时，在CA、CB与CR端之间加上0.1 ΜF的低泄放、高稳定性的聚酯或聚丙烯电容。同时在双电源接入端进行滤波和去耦处理。