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        加速度測量顯示電路設計

        2021-04-02 15:18:26王澤
        商品與質量 2021年12期
        關鍵詞:三軸加速度計寄存器

        王澤

        迅達(中國)電梯有限公司沈陽分公司 遼寧沈陽 110135

        1 方案研究

        方案一:考慮使用藍牙傳送數(shù)據(jù)的模式,并使用32單片機和51單片機。其 中,32單片機所完成的工作是獲取MPU6050的三軸加速度原始數(shù)據(jù),然后通過 藍牙連接的方式將數(shù)據(jù)發(fā)送給51單片機。再通過串口通信的方式,將處理后的數(shù)據(jù)(此數(shù)據(jù)的單位是m/s2)在51單片機的顯示屏上顯示。但是在進行模塊測試過程中,發(fā)現(xiàn)購買的藍牙模塊并未正常工作。導致無法實現(xiàn)預期要求[1]。

        因此,未采用此種方案。

        方案二:鑒于方案一中發(fā)現(xiàn)的問題,放棄使用藍牙模塊,因此改用有線傳輸?shù)姆椒?,?2單片機中的數(shù)據(jù)傳送到51單片機中并進行顯示。此方案使用兩塊單片機,雖能很好的展現(xiàn)加速度的測量結果,但研究兩塊單片機板需要一定的時間,且系統(tǒng)體積較大,不符合儀器的微型化發(fā)展趨勢。

        因此,此方案為保留預選方案。

        方案三:直接使用51單片機,實現(xiàn)MPU6050數(shù)據(jù)的采集以及加速度的顯示。其中,51單片機使用IIC通信方式獲取MPU6050的三軸加速度數(shù)據(jù),通過串口的方式將數(shù)據(jù)傳送至顯示屏進行顯示。此種方案思路清晰且較易實現(xiàn),滿足儀器的小型化要求,并滿足精度和靈敏 度的要求。因此,最終選擇了方案三作為最后的實現(xiàn)方案。

        2 元器件選擇

        2.1 STC15F2K61S2單片機

        該系統(tǒng)采用MCS-51系列單片機作為控制核心,該系統(tǒng)可以完成運算控制、 信號識別以及顯示功能的實現(xiàn)。由于用了單片機,使其技術比較成熟,應用起來 方便、簡單并且單片機周圍的輔助電路也比較少,便于控制和實現(xiàn)。整個系統(tǒng)具 有極其靈活的可編程性,能方便地對系統(tǒng)進行功能的擴張和更改性。

        圖1 mdm 最小系統(tǒng)板原理圖

        2.2 MPU60X0(MPU6050)

        MPU-6000(6050)為全球首例整合性6軸運動處理組件,相較于多組件方案,免除了組合陀螺儀與加速器時間軸之差的問題,減少了大量的封裝空間。當連接 到三軸磁強計時,MPU-60X0提供完整的9軸運動融合輸出到其主I2C或 SPI端口(SPI僅在MPU-6000上可用)。在此系統(tǒng)中,主要使用了其具有16位ADC和信號調理的三軸MEMS加速度傳感器、數(shù)字運動處理器(DMP)引擎、主I2C和SPI(僅MPU-6000)串行通信接口、時鐘SCL、傳感器數(shù)據(jù)寄存器SDA和FIFO等功能。

        具有16位ADC和信號調理的三軸MEMS加速度傳感器。MPU60X0的3軸加速度計每個軸獨立分開檢測,每個軸上加速度產(chǎn)生的相應的位移檢測和電容式傳感及檢測到的位移形成差異。MPU60X0的架構降低了加速 度計的加工敏感性及漂移。當該裝置放在平坦表面上時,它將測量0g的X、Y 軸和1g的Z軸。加速度計標度的出產(chǎn)因數(shù)校正,標稱值為獨立的電源電壓。每個傳感器都有一個專用的sigma-deltaADC,用于提供數(shù)字輸出,量程范圍可以實現(xiàn)±2g、±4g、±8g 或±16g 的數(shù)字輸出[2]。

        加速度測量值寄存器存儲最近加速度計的測量值,加速度計根據(jù)采樣頻率(由寄存器25定義)寫入到寄存器中,該寄存器由2個寄存器集合組成:一個內部寄存器集合和一個面向用戶的讀取寄存器集合。加速度計傳感器的內部寄存器集合里的數(shù)據(jù)根據(jù)采樣頻率更新,與此同時,每當串行接口處于閑置狀態(tài)時,面向用戶的讀取寄存器集合會復制內部寄存器集合的數(shù)據(jù)值,這保證了突發(fā)讀取時傳感器寄存器可以讀到相同的采樣時刻的測量值。若沒有突發(fā)讀取,則用戶通過檢測數(shù)據(jù)就緒中斷(Data Ready interrupt)確保一組單字節(jié)的讀取在相應的采樣時刻。每個16位加速度計測量值的滿量程定義在ACCEL_FS(寄存器28)。對于每個滿量程的設置,ACCEL_xOUT 里加速度計測量值的靈敏度最低分辨率(LSB)不同。

        2.3 12864G-086-PC顯示屏

        JLX12864G-086可以顯示128列*64行點陣單色圖片,或顯示8個/行*4行16*16點陣的漢字,或顯示16個/行*8行8*8點陣的英文、數(shù)字、符號。結構輕、 薄、帶背光。IC采用UC1701X,功能強大,穩(wěn)定性好。功耗低,10-100mW(不帶 背光10mW,帶背光不大于100mW)。采用4線SPI串行接口,方便簡單。工作溫度在-20℃~70℃,壽命為50000小時(工作溫度在25℃)。

        2.4 CH452

        CH452是數(shù)碼管顯示驅動和鍵盤掃描控制芯片。CH452內置時鐘振蕩電路,可以動態(tài)驅動8位數(shù)碼管或者64只LED,具有BCD譯碼、閃爍、移位、段位尋址、光柱譯碼等功能;同時還可以進行64鍵的鍵盤掃描;CH452通過可以級聯(lián)的4線串行接口或者2線串行接口與單片機等交換數(shù)據(jù);并且可以對單片機提供上電復位信號[3]。

        3 結語

        通過查閱資料,本研究選擇具有XYZ三方向的加速度傳感器芯片,設計了信號調理電路,將XYZ三方向的加速度轉變?yōu)?-5V電壓信號,并顯示出來。在現(xiàn)如今數(shù)字時代,通過模數(shù)轉換,將實際模擬量轉化為數(shù)字量,對其進行分析研究,有利于工程的控制與分析,具有一定的實際意義。

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