MSCl210在微位移傳感器系統的應用

3 MSC1210數據采集系統的軟件設計
對MSC1210 ADC的各個(gè)控制字的設置將會(huì )極大地影響傳感器的最終分辨率和穩定性。例如，輸入緩沖器使用與否、可編程放大器增益的選擇、調制器時(shí)鐘速度選擇(決定模擬采樣率以及濾波器型號的選擇)等，這些參數的設定都不是一次完成的，有些要經(jīng)過(guò)反復的組合、嘗試，最終得到滿(mǎn)意的結果。為了避免每次修改程序后必須重新下載到FLASH程序存儲器中，MSC1210在工作之前的ADC的初始化工作由PC機完全控制。首先，PC機將各種必要的控制信息通過(guò)串口傳給MSC1210，MSC1210根據這些信息進(jìn)行ADC的初始化工作。具體地說(shuō)就是，PC機向MSC1210發(fā)送6個(gè)字節，這6個(gè)字節中包含了濾波器型號、ACLK、ADCON2和ADCON3寄存器中的抽樣值、修改模擬輸入信道后的延時(shí)值、必須拋棄的數據輸出周期數和可編程放大器的增益。然后，MSC1210啟動(dòng)ADC的初始化工作。進(jìn)入正常工作狀態(tài)后，如果發(fā)現當前數據輸出周期數已大于預先設置的必須拋棄的數據輸出周期數，MSC1210就認為這個(gè)輸出數據及其以后的輸出數據都是有效的了，但它并不立刻將數據發(fā)送給PC機，而是要馬上修改模擬輸入通道，然后再使前一輸入通道的輸出是無(wú)效的，緊接著(zhù)進(jìn)入下一個(gè)數據輸出周期。MSCl210的工作流程可簡(jiǎn)單用圖4表示。PC機除對MSC1210 ADC的初始化控制外，主要負責將MSCl210通過(guò)RS 232串口發(fā)送上來(lái)的數據用可視化的圖形實(shí)時(shí)地顯示在窗口適當位置。每次MSC1210向PC機發(fā)送4個(gè)字節。這4個(gè)字節是如下定義的：第1個(gè)字節表示傳感器的通道號，0表示AIN0與AIN1差分輸入，即X維的信息；1表示AIN2與AIN3差分輸入，即Y維的信息。后三個(gè)字節是輸出數據的24位二進(jìn)制表示，是MSC1210 ADC的轉換結果。當PC機處理進(jìn)程檢測到輸入緩沖區滿(mǎn)4個(gè)字節后，讀取緩沖區的數據，同時(shí)清空輸入緩沖區。根據第1個(gè)字節識別通道后，將數據轉換為電壓值后顯示到相應位置(單位：mV)，并且在窗口中開(kāi)辟兩塊圖形顯示區域，分別實(shí)時(shí)顯示X軸和y軸的信號變化情況。為了更好地觀(guān)測到信號的微小變化，進(jìn)程提供了圖形的放大顯示功能。為了方便，放大倍數可選為12.5倍和125倍。

4 實(shí)驗結果
經(jīng)過(guò)反復試驗，結合實(shí)際的要求，最終把微位移傳感器的數據輸出率定位在10 Hz，分辨率高達15位，具有很高的穩定性，取得了良好效果。相關(guān)參數選擇如下：MSC1210的濾波器型號為sinc3，ACLK為1，ADCON2和ADCON3寄存器中的抽樣值設為1 080，將模擬輸入緩沖關(guān)閉，模擬輸入通道改變后拋棄3個(gè)數據輸出周期，采用偏移和增益內部自校正。圖5就是微位移傳感器在工作時(shí)的數據輸出的圖形顯示，兩條曲線(xiàn)分別表示其在X軸和Y軸上的受力情況。根據力信息可以方便地計算出位移信息。

在中科院合肥智能所機器人傳感器實(shí)驗室多維力傳感器技術(shù)的基礎上，利用MSC1210的優(yōu)勢研制成功的微位移傳感器，具有體積小、分辨率高、穩定性能好等優(yōu)點(diǎn)。MSC1210單片機是功能強大的數據采集芯片，可以廣泛應用于儀器儀表、測控和導航等領(lǐng)域。