基于三軸加速度計SCA3000和 LPC2210的傾斜角傳感器設計

4 數據處理與校驗

由于測量精度、外力影響，三軸加速度計的橫軸傳感，零刻度度偏移，溫度飄移等影響導致三軸加速度計在測量上出現誤差，或者測量數據受到不同程度的污染，這對求傾斜角產(chǎn)生很大的阻礙。由于上述原因的影響，現實(shí)中測量得到的三軸加速度計的三個(gè)數據的矢量和往往不會(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)難以直接測量傾斜角的準確值(運用適當方法進(jìn)行補償或抵消除外)，SCA3000對數字信號進(jìn)行低通濾波可以去除掉高頻振動(dòng);對三軸數字數據進(jìn)行權限設置，對于三軸數據矢量和與重力加速度的偏差大于0.05g時(shí)拋棄此次測量數據，保證測量精度。

4.1 零點(diǎn)偏移

零刻度偏移的解決方案，當傾斜角較小時(shí)，z軸數據的分辨率極低，影響測量精度，所以此時(shí)運用其中兩軸進(jìn)行傾斜角測量將更精確。為提高精度，需要對傾斜角傳感器進(jìn)行調零校正，校正后的結果將是測量值減去偏移值后的數據。偏移值的測量方法有兩種：

(1)將傳感器放置在一個(gè)校準水平面上，此時(shí)的輸出即為偏移值。

(2)如圖7所示，測量出圖7(a).(b)姿勢的輸出VA，VB偏移值為(VA+VB)/2。

4.2 橫軸傳感

橫軸傳感補償方案，由于組合封裝或者器件本身結構原因，三軸加速度計存在橫軸傳感現象，三軸加速度計的橫軸傳感的度量有下式定義：

式中：Sx，Sz為橫軸方向測得的傳感量，Sy為測試方向測得的傳感量，由于橫軸傳感的存在，使得測量結果不準確，所以需要對輸出結果進(jìn)行補償，首先來(lái)考慮兩軸間的傳感補償，如圖8所示。

圖8中，測試方向為y軸方向，加速度傳感器如圖8(a)樣式放置時(shí)，x軸輸出為Voutx-A，y軸輸出為Vouty-A;加速度傳感器如圖8(b)樣式放置時(shí)，x軸輸出為Voutx-B，y軸輸出為Vouty-B，測試方向y軸傳感量為：

x橫軸傳感量為：

所以當傾斜角傳感器傾斜為某一角度時(shí)，x橫軸數據經(jīng)y軸進(jìn)行傳感補償后的值為：

式中：xoutComp為補償后的x軸數據;Vouty-axis為x軸測量數據;Vouty-axis為y軸測量數據;Voffsety為y軸數據偏移值。同樣，z軸數據對x軸數據進(jìn)行補償后得到x軸數據的校準值。4.3 數據融合

SCA3000工作在測量模式下時(shí)，傳感器輸出數據速率為260 Hz，0.37 s就可以產(chǎn)生一次輸出緩沖存儲器半滿(mǎn)中斷。所以在傾斜角度變化不是很劇烈的情況下，可以對每一輸出緩沖存儲器中數據進(jìn)行加權平均求得傾斜角度。