ADALM2000實(shí)驗：雙軸傾斜傳感器

本次實(shí)驗的目標是使用 ADXL327 構建一個(gè)簡(jiǎn)單的傾斜傳感器，并觀(guān)察輸出電壓如何隨x軸和y軸上的傾斜度而變化。

使用ADXL327的傾斜傳感器

背景知識

傾斜傳感器用于測量參考平面的多個(gè)軸上的傾斜度。這些傳感器可產(chǎn)生與相對于軸的傾斜度成比例的電信號。傾斜位置參考重力進(jìn)行測量，通過(guò)傾斜位置就可以輕松檢測方向或傾斜度。

在本次實(shí)驗中，我們將使用ADXL327加速度計監測x和y兩個(gè)軸上的傾斜度。該集成電路的功能框圖如圖1所示。

圖1.ADXL327的功能框圖

ADXL327是一款完整的小尺寸、低功耗、三軸加速度計，提供經(jīng)過(guò)信號調理的電壓輸出，它可以測量?jì)A斜檢測應用中的靜態(tài)重力加速度，以及運動(dòng)、沖擊或振動(dòng)導致的動(dòng)態(tài)加速度。輸出信號為模擬電壓，與加速度成比例。ADXL327采用單一結構檢測x、y和z軸。因此，這三個(gè)軸的檢測方向具有很高的正交特性且跨軸靈敏度很低。

圖2.加速度靈敏度軸

材料

●  ADALM2000主動(dòng)學(xué)習模塊

●  無(wú)焊試驗板和跳線(xiàn)套件

●  一個(gè)ADXL327加速度計

●  兩個(gè)0.047μF電容

●  一個(gè)0.1 μF電容

●  兩個(gè)AD8561比較器

●  四個(gè)LED

●  四個(gè)100 Ω電阻

硬件設置

首先，在無(wú)焊試驗板上構建圖1所示的電路。將C_DC電容放置在A(yíng)DXL327電源引腳附近，以使加速度計充分退耦，從而消除電源噪聲。對于大多數應用，單個(gè)0.1 μF電容比較適當。X_OUT和Y_OUT引腳必須添加電容，以便利用低通濾波實(shí)現抗混疊和噪聲抑制。請參閱ADXL327數據手冊，了解如何選擇這些電容的值。對于此應用，可以使用0.047 μF濾波電容。試驗板連接如圖3所示。

圖3.ADXL327傾斜傳感器試驗板連接

程序步驟

打開(kāi)3 V正電源，監視示波器通道1上的X_OUT和通道2上的Y_OUT。在所有電源電壓下，零g偏置輸出標稱(chēng)值等于V_S/2。在本例中，可看到大約1.5 V的偏置信號。如果在x或y軸上以不同角度傾斜試驗板，輸出電壓將隨著(zhù)檢測到的運動(dòng)成比例地增大或減小。

帶LED指示燈的傾斜傳感器

背景知識

我們在示波器上監測ADXL327加速度計的輸出電壓。使用AD8561比較器和LED，可以使傾斜傳感器在傾斜度發(fā)生變化或檢測到振動(dòng)時(shí)發(fā)送光信號。每個(gè)軸使用一個(gè)AD8561比較器。兩個(gè)軸上的零g偏置輸出相似，并且將作為兩個(gè)比較器的基準。比較器的兩路輸出上各連接一個(gè)LED。兩個(gè)輸出信號相反，因此一次只有一個(gè)LED激活。

圖4.零g偏置輸出

硬件設置

在無(wú)焊試驗板上，為加速度計的每路輸出添加兩個(gè)比較器和兩個(gè)LED（帶有相應的限流電阻）。電路原理圖如圖5所示，試驗板連接如圖6所示。

圖5.帶LED的傾斜傳感器的電路原理圖

圖6.帶LED的傾斜傳感器的試驗板連接

程序步驟

在這種情況下，我們需要將兩個(gè)比較器的電源V+和V-設置為±5 V。信號發(fā)生器通道1 (W1)將設置為恒定的3 V波形，并用作ADXL327的V_S。信號發(fā)生器的第二通道(W2)將用作比較器的基準輸入，其值必須設置為大約等于零g輸出偏置。此值之前已針對加速度計的兩路輸出進(jìn)行過(guò)測量（圖4）。這樣，每次檢測到傾斜度變化且電壓改變時(shí)，比較器的輸出都會(huì )改變其狀態(tài)，從而相應地點(diǎn)亮LED。示波器只有兩個(gè)通道可用，因此我們可以一次分析加速度計的一個(gè)輸出電壓，但LED會(huì )亮起并指示x軸和y軸有變化。X_OUT連接到通道1，W2生成的基準電壓連接到通道2。

圖7.零g偏置X_OUT和基準

如果在x軸上向右傾斜試驗板，比較器的輸入電壓將低于基準電壓，因此/OUT引腳將處于高電平，從而點(diǎn)亮相應的LED。

圖8.x軸向右傾斜對應的電壓

如果傾斜方向相反，即向左傾斜，則比較器的輸入電壓高于基準電壓，OUT引腳變?yōu)楦唠娖?，與其連接的LED點(diǎn)亮。

圖9.x軸向左傾斜對應的電壓

問(wèn)題：

改變C_DC的值會(huì )對電路產(chǎn)生什么影響？

用戶(hù)為什么要限制帶寬？限制X_OUT、Y_OUT和Z_OUT帶寬的標準是什么？

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