基于MEMS传感器的斜度测量系统设计

一、引言

    微机械惯性器件是微机电系统重要的研究内容,微惯性器件包括微陀螺和微加速度传感器。采用微机电技术制造的微加速度传感器在寿命、可靠性、成本、体积和重量等方面都要大大优于常规的加速度传感器,使得其无论在民用领域,还是在军用领域都有着广泛的应用。本文就是采用美国ADI公司出品的低功耗，功能完善的双轴加速度传感器。ADXL202E作为斜度测量的传感器，给出了由ADXL202E与单片机AT89C52组成的斜度测量系统设计实例。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

二、ADXL202E简介

1、ADXL202E特点

ADXL202E是一种低成本、低功耗、功能完善的、集双轴加速度传感器于一体的单块集成电路。它既可测量动态加速度, 又可测量静态加速度，其测量范围为±2g。它既具有模拟信号输出，又有脉宽占空比输出。ADXL202E最大可承受1000g的剧烈冲击。图1为ADXL202E的引脚排列图和引脚功能

。      

2、测量原理

    ADXL202E是基于单块集成电路的完善的双轴加速度测量系统。它是一个以多晶硅为表面的微电机传感器和信号控制环路来执行操作的开环加速测量结构。对每根轴而言, 输出环路将模拟信号转换为脉宽占空比的数字信号。这些数字信号直接与微处理器接口。ADXL202E可测量正负加速度，其最大测量范围为±2g。ADXL202E也可测量静态加速度，可用作斜度测量。传感器采用在硅片上经表面微加工的多晶硅结构，用多晶硅的弹性元件支撑它并提供平衡加速度所需的阻力。结构偏转是通过由独立的固定极板和附在移动物体上的中央极板组成的可变电容来测量的。固定极板通过方波的每

个相位控制。加速度计受到加速度力后改变了可变电容的平衡，使输出方波的振幅与加速度成正比。而相位解调技术用来提取信息判断加速方向。解调器的输出通过32kW的固定电阻输出到脉宽占空比解调器。这时，允许用户改变滤波电容的大小来设置输出信号的带宽。这种滤波提高了测量的精度，并有效地防止频率混叠。经过低通滤波后，模拟信号由DCM转换为脉宽占空比信号。通过一个电阻RSET将T2设定在0.5ms～10ms范围内。在0g加速度时使输出占空比为 50%。加速度可由一计数/计时器或低功耗的微控制器通过测量T1，T2来测得。

   模拟输出信号可通过以下两种方法获得：一种从XFILT和YFILT 管脚得到；一种是通过RC滤波器对脉冲信号滤波后得到的dc 值推算。