MEMS加速度傳感器的自動(dòng)校準平臺

摘要：介紹了一種基于MEMS加速度傳感器的自動(dòng)校準平臺的設計方案。從數學(xué)模型入手，推導了傾角測量算法并設計了調平控制方案。在電機控制環(huán)節加入改進(jìn)后的PID算法，解決了輸出突變導致系統性能下降的問(wèn)題?？炻龣n的設定使系統在縮短調平時(shí)間的同時(shí)兼顧精度的要求。實(shí)驗結果表明，該系統工作穩定，可用于一般調平場(chǎng)合。
關(guān)鍵詞：MXC62025G；自動(dòng)調平；PID控制；抗干擾

引言
現代測控系統在正常工作時(shí)往往需要一個(gè)基準平臺，在這樣的客觀(guān)需求下調平技術(shù)應運而生。目前該技術(shù)已廣泛應用于各種工業(yè)領(lǐng)域，如起重機支架、鉆井平臺、火炮底座、衛星天線(xiàn)基座、導彈發(fā)射平臺等。傳統的手動(dòng)調平方式費時(shí)費力，嚴重影響了平臺上設備機動(dòng)性能的發(fā)揮。自動(dòng)校準平臺的研制彌補了手動(dòng)方式的不足，并且在效率、精度、可靠性等方面都優(yōu)于手動(dòng)校準平臺。本文介紹了一種能夠實(shí)時(shí)監控平臺狀況并通過(guò)步進(jìn)電機進(jìn)行相應調節的自動(dòng)校準平臺。

1 傾角測量原理
MXC62025G是美新(Memsic)公司推出的一款基于MEMS技術(shù)的雙軸加速度傳感器，集成了片上信號處理和I2C總線(xiàn)模塊，無(wú)需外接A／D轉換器便可以與微處理器通信。該傳感器可以同時(shí)測量恒定和變化的加速度，測量范圍為-2～+2 g，在25℃室溫、3 V工作電壓的條件下，其靈敏度可達512計數點(diǎn)／g。其內部結構如圖1所示，硅片中心有一個(gè)熱源，四周等間距地放置了4個(gè)熱電堆。當硅片水平靜止時(shí)，熱源周?chē)臏囟忍荻仁蔷鶆虻?，所?個(gè)熱電堆的溫度相同，輸出電壓相同。當硅片傾斜或在某一方向上有加速度時(shí)，熱源周?chē)臏囟忍荻劝l(fā)生擾動(dòng)，因而輸出電壓發(fā)生變化。

由于傳感器的輸出不能為負，因而需要減去一個(gè)偏移量來(lái)區分正負，此處取輸出值的中值，即最大值與最小值之和的一半。另外，傳感器的輸出是加載在兩個(gè)測量軸上的重力加速度的分量，要輸出傾角值還需進(jìn)行數據處理。假設X軸向的傾角為α，Y軸向的傾角為β，則輸出值與傾角大小存在以下關(guān)系：

即

當傾角較小時(shí)，軸向加速度與傾角之間近似為線(xiàn)性關(guān)系，故有：，K值選取與傾角誤差之間的關(guān)系如表1所列。

不難看出，測量范圍與測量精度是一對矛盾。為了提高系統的精度，應當盡量減小平臺調節的幅度，所以自動(dòng)校準平臺應當先大致擺放到水平位置再按啟動(dòng)開(kāi)關(guān)。