基于三軸加速度計SCA3000和 LPC2210的傾斜角傳感器設計

由加速度傳感器測量傾斜角的途徑很多，文獻中提出了一種基于兩軸加速度傳感器ADXL213的傾角測量裝置，實(shí)現了全擺幅高精度測量，并能在運動(dòng)車(chē)輛中抵消前進(jìn)方向加速度，實(shí)現運動(dòng)中單方向高精度測量。文獻中同樣運用兩軸壓力傳感器實(shí)現單方向全擺幅傾角測量文獻。文獻中運用兩軸加速度傳感器ADXL202實(shí)現了全方位，45°擺幅內低誤差傾斜角測量。文獻中運用液態(tài)兩軸傾斜角傳感器實(shí)現全方位、低擺幅、高精度傾斜角傳感器。單軸加速度傳感器只能實(shí)現單方向，低擺幅傾斜角測量，兩軸傾斜角傳感器，方向和擺幅不能兼顧。本文將討論采用三軸微加速度傳感器實(shí)現智能化傾斜角傳感器方法。

1 傾斜角測量原理

對于軸加速度傳感器，當它的傳感方向和重力加速度方向一致時(shí)，假如此時(shí)為零傾斜角度，設加速度傳感器測量結果為F(θ)，θ為傾斜角度，g為重力加速度，如圖1所示。

所以當傾斜角θ太小時(shí)，測量的分辨率就會(huì )太小，當角度足夠大時(shí)精度才會(huì )上升。所以對一軸傾斜角傳感器的運用是：把它的傳感方向與重力加速度方向垂直時(shí)的狀態(tài)設為零傾斜角度，文獻運用此方法測量?jì)A斜角，如圖2所示，此時(shí)：

此時(shí)傾斜角度小時(shí)測量精度高，而對于一軸加速度傳感器而言，只能測一個(gè)方向的傾斜角。所以用一個(gè)兩軸加速度傳感器，兩個(gè)傳感方向皆垂直于重力加速度，當兩軸傾斜角傾斜時(shí)，加速度傳感器測量結果為：

如何利用θx，θy求出傾斜角θ。首先定義兩組三軸向量：[x，y，z]為參考O傾斜向量，[u，v，r]為傾斜后的向量。如圖3所示，設向量[z，y，z]先繞y軸傾斜，再繞x軸傾斜，所以從[x，y，z]到[u，v，r]的轉換為：