案例展示

欢乐麻将采用MEMS倾角传感器实现倾角测量系统的

发布日期:2020-11-21 11:18

  在地质石油勘探、设备安装、道路桥梁建设等工程应用以及机器人控制、坦克和舰船火炮平台控制、飞机姿态控制等系统的自动 水平调节中,都需要高精度的倾角。但高精度的倾角,测量设备通常体积较大,成本高,使许多工程应用受到限制。本文从倾角的高精度测量出发,着重介绍了 倾角输出稳定性处理、温度补偿、非线性处理(正弦曲线拟合)、信号调理及其测量

  倾角测量系统硬件部分主要由MEMS传感器(含双轴倾角传感器和温度传感器)、SoC电路、数据处理及传输和其他辅助电路等模块组成。倾角测量系统的组成框图如图1所示。

  MEMS倾角传感器采用芬兰Vchnologies公司的SCA100t系列中的SCA100T-D01,测量范围为±30°。SCA100T系列是采用微机电系统(MEMS)技 术制造的一款高分辨率双轴倾角传感器。SCA100T-D01数字输出分辨率为0.035°/LSB,模拟输 出分辨率为0.002 5°。模拟输出的分辨率大大高于数字输出的分辨率,故本设计采用其模拟输出。模拟输出将涉及较为复杂的模拟信号处理,如果模拟信号处理不当,系统的分辨率 和精度将大打折扣,有时甚至还不如数字输出。采用合理的模拟信号处理电路是保证系统精度的方法之一。

  SCA100T-D01内置温度传感器,可以通过其自带的SPI数字接口读取温度值,并在处理器中进行相应的温度补偿。这是保证系统精度的又一方法。

  SCA100T-D01输出阻抗为10 kΩ,为保证MEMS倾角传感器SCA100T-D01输出的信号有效地传递,即要求衰减最小,设计中采用了具有高输入阻抗的场效应管型运放TL081设计了阻抗匹配电路,采用同相输入,以提高输入阻抗。

  信号放大电路采用ICL7653斩波稳零运算放大器来 完成,如图2所示。ICL7653具有极低的失调电压和偏置电流,具有较高的工作稳定性和优良的高精度放大功能。ICL7653斩波稳零使用内部时钟时, 在CA、CB与CR端之间加上0.1 μF的低泄放、高稳定性的聚酯或聚丙烯电容。同时在双电源接入端进行滤波和去耦处理。

  如图3所示,差分转换电路以AD8138AR为核心,将单端信号转换差分信号,既可以提高共 模抑制比,有效减小共模信号影响,又可以驱动SOC内部的24位差分Sigma-Delta模/数转换器。AD8138AR具有较宽的模拟带宽(320 MHz,-3 dB。增益为1时),而且AD8138AR为表面封装器件,器件体积小,使得ADC与信号输入点的距离可以很近,大大减少了外界噪声的影响。

  本设计选用Silicon Labs公司的C8051F350作为处理核心。C8051F350是真正能独立工作的片上系统(SOC),它自带8K字节Flash存储器,可在系统编 程;集成了1个全差分24位Siva-Delta模/数转换器(ADC),该ADC具有在片校准功能,2个独立的数字抽取滤波器可被编程到1 kHz的采样率;具有2路UART和1路SPI接口。与其他类型的微控制器实现相同功能需要多个芯片的组合才能完成相比,C8051F350不仅减少了系 统成本和系统体积,而且大大提高了系统的可靠性。

  设计中采用C8051F350的24位Sigma-Delta模/数转换器作系统信号的模数转换,SPI接口作MEMS倾角传感器的温度采集,以实现对传感器的温度补偿,UART作串行LED显示接口。为保证模/数转换器工作稳定,采用外部基准源。

  MEMS倾角传感器SCA100T在倾角为0°时,模拟输出为其电源电压的1/2倍,如果倾角传感器电源电压有波动,则其输出会产生相应的波 动。因此设计时,将给模数转换电路提供基准源的输出(如图4所示),经过提高驱动能力后,提供给MEMS倾角传感器SCA100T作电源(如图5所示)。 一方面,基准源输出纹波极小,且性能稳定;另一方面,模数转换器的基准源和MEMS倾角传感器SCA100T的电源同时向相同方向变化,抵消了MEMS倾 角传感器因电源引起零点漂移的影响。

  图4中的基准源LM236输出的2.5 V电压经过轨对轨运放OPA340组成的跟随电路处理后,增大了驱动能力,既作为模数转换电路的基准源,同时还为差分转换电路提供中心电压,以及MEMS倾角传感器SCA100T的电源输入。

  图5中的输入为图4中的参考电压(VREF)输出。以低漂移、高稳定性运放OPA340组成的运放电路给倾角传感器SCA100T提供电源,能保证电源纹波小,工作稳定。

  C8051F350内部有具有2个独立的抽取滤波器(SINC3滤波器和快速滤波器)和1个可编程增益放大器。根据参考文献SINC3滤波器RMS噪声小,精度高,缺点是输出速率较低,而快速滤波器则相反。本设计对速率要求低,而对精度要求高,因此选用SINC3滤波器。SINC3滤波器典型RMS噪声如表1所示。

  从表1可知,较高的抽取比需要较长的转换周期,即输出字速率较低,但具有较低噪声。

  根据实际分辨率的公式(1)可知,当抽取比为1 920,输出字速率为10 Hz时,根据实际分辨率的公式(1)可得到实际分辨率约为20.00位。

  在信号通过模数转换器采集后,转换为角度输出时,根据实时采集的倾角传感器SCA100T处的温度值,就可以根据温度补偿曲线补偿相应的角度值,将温度对倾角测量的影响降到最低。

  2.3 曲线T系列传感器输出与倾斜角度存在非线°),这样不利于分析处理测量结果。因此必须采取相应的线性化措施,以补偿传感器引入的非线性。传统方法中多数采用硬件方法,实现方法比较复杂,且稳定性和可靠性难以控制。

  由于SCA100T系列传感器的非线性特性是已知的,则可以利用相应的校正函数进行补偿。由于微处理器具有很强的函数运算与数据处理能力,用编程的方法可以很容易实现所需的校正函数。本设计采用SOC通过软件编程的方法修正非线性。

  在设计时,将SCA100T-D01传感器的测量范围进行进一步细分,如将倾角为3°的这段曲线°,并将拟合曲线修改为下式:

  式中,XIN为模数转换器输出值经内部SINC3滤波器滤波后得到的采样值,欢乐麻将,TER为SCA100T传感器的实时温度补偿值,PI为圆周率。

  分度头标准仪器上进行了分度和性能测试。MC019-JJ2数字式2”光学分度头是一种对装夹在其主轴上的工件进行角度分度或进行角度检验的精密光学计量仪器,其显示当量为1“。测试数据如表2所示。

  的偏差有正有负,其主要原因在于这些测试点的曲线拟合是独立的,互不影响。另外,在30°时绝对误差最大,最大的绝对误差为0.0044°,在1°时相对误差最大,为0.001 8/1≈0.018%。4 结束语

  本文采用MEMS倾角传感器SCA100T的模拟接 口为输出,采用其数字接口实现温度补偿,同时采用基准源和运放驱动作为传感器的电源,提高了传感器输出的精度和稳定性;信号处理时,采用低漂移运放处理电 路和差分模数转换电路,有效提高了信号的信噪比和共模抑制比;采用正弦曲线拟合,有效改善了信号输出的线性度。经过以上多方面信号处理和优化,在测量范围 内系统最大绝对误差为0.004 4°。并且系统集成度较高,体积小,成本低,可以满足地质石油勘探、设备安装、道路桥梁建设等工程应用以及机器人控制、坦克和舰船火炮平台控制、飞机姿态 控制等系统的自动水平调节应用。

  本视频教程一共60分钟,分为了10集。不但分析了DHT11手册上的时序波形,而且用示波器实测了示波器上的波形。在程序设计

  电子车牌的应用场景非常广泛,可用于交管车辆管理、城市内交通管理、环保限行、道路规划支撑、涉车小额支付....

  在卢清君看来,线上首诊是一种风险极高的行为,因为医疗不能出错,更不能试错。他表示,说起来简单,皮肤科....

  未来,自动驾驶汽车会安装大量的传感器来收集驾驶活动数据。取决于不同传感器的角色,可以测量车辆之间的距....

  特斯拉设想使用雷达成像来测量身体大小,从而区分成人和儿童。该公司解释说,这可以帮助汽车“在碰撞中优化....

  传感器市场是受疫情影响最严重的科技行业之一。由于化石燃料和内燃机的减少以及现有传感器技术的商品化,疫....

  随着新能源行业的快速发展,我国风力发电、光伏发电装机 容量迅速增长,科技水平也不断提高。

  随着信息时代的飞速发展,用电负荷与日俱增,电网规模迅猛扩大。其中“特高压”已经成为国家新基建的核心方....

  英国量子技术中心传感器和定时的工程师和物理学家正在开发量子重力传感器,这些传感器可实现快速、准确的测....

  测量转子速度的方法很多,但多数比较复杂。目前,测量转速的方法主要有四种:机械式、电磁式、光电式和激光....

  近年来随着我国城镇化进程不断加快,城市基础设施建设事业的持续高速发展,城市中给排水、燃气、热力、电力....

  在铁路的现代化建设中,铁路的安全是首先需要解决的问题。随着铁路建设的发展,以往靠巡道工进行铁轨检测的....

  微机电传感器(MEMS)惯性传感器在近几年来高速发展并得到了广泛的应用。微惯性传感器作为一种重要的M....

  当一辆新车面世时,许多人都想知道引擎盖下面有什么。对于自动驾驶汽车来说,更重要的是要知道后备箱里有什....

  织物的前处理质量直接影响后道工序(染色、印花、后整理等)的产品质量。欧美一些国家、日本的印染技术位于....

  中国是农业大国,在我们衣食富足的今天,很难想象200年前人们对人类社会的悲观未来而焦虑。1798年,....

  机房温湿度是任何数据中心环境中最重要的指标之一。 机房的主要热量来自于计算机设备的散热、太阳辐射热、....

  本文首先阐述了机器人本体的概念,其次介绍了介绍了机器人本体的特点及基本要求,最后分析了机器人本体的组....

  中国是农业大国,在我们衣食富足的今天,很难想象200年前人们对人类社会的悲观未来而焦虑。1798年,....

  智能节点是控制网络中分布在现场级的基本智能单元,主要用于接受和处理来自传感器的输入数据,执行通信和控....

  SMT贴片是在PCB基础上进行加工的系列工艺流程的简称。SMT表面组装技术(表面贴装技术)是电子组装....

  AD7731是美国ADI公司开发的具有低噪声、高通过率等特性的∑-Δ模数转换器。它可直接接收来自传感....

  物联网(IoT)使设备能够做出明智的决策,从而产生积极的业务成果,当中,起到关键作用的是是传感器。随....

  全球最大的技术推动力是在精准农业(或特定地点的管理,SSM)中,传感,信息技术和机械系统可以实现亚田....

  速度更快、分辨率更高的雷达传感器通过改善车辆的安全性和舒适的视野,有助于实现下一代驾驶辅助技术。如果....

  optoNCDT1900提供了速度,尺寸,性能和应用多功能性的独特组合。这种紧凑的三角测量传感器可实....

  LI7050传感器尽管具有1 / 1.8英寸的紧凑型像素阵列和4.1 μm的像素尺寸,但仍可以在暗至....

  国内传感器产业已经主要形成在长三角地区,并逐渐形成了北京,上海,南京,深圳,沉阳和西安航天等主要领域....

  霍尔速度传感器磁铁主要应用于机车控制系统,为车子行驶安全提供必要保障,其工作原理是当传感器的旋转机构....

  近年来,由于恶臭排放导致的居民和企业冲突越来越多,居民投诉越来越频繁。环保整治、尤其是恶臭整治已经成....

  什么是橡胶密封条? 橡胶密封条可以依据断面形状、硫化方法、使用部位和用途、使用材料等几种方法进行分类....

  如何选择优质的密封条? 看室内门密封条的质量如何,例如包覆式密封条(多重复合共挤,密封性、耐用性、环....

  测厚仪是在线检测厚度尺寸的设备,现在常用的测厚仪为激光测厚仪,为非接触式测量设备,同时也不受轧材材质....

  车门密封条装哪种好? 一般有三种形状对应门条,门侧缝条,发动机盖条。 LPBJ-70.1-H回弹测量....

  车门密封条脱落怎么处理? 车门密封条脱落,可以自己用胶沾一下,或者去修理厂重新换一个就可以了。 LP....

  车门密封条脱落怎么处理? 车门密封条脱落,可以自己用胶沾一下,或者去修理厂重新换一个就可以了。 LP....

  红外LED对于我们来说并不陌生,日常应用中的通讯及感测器领域,如遥控器、光学鼠标、烟雾传感器,近接开....

  门窗密封胶条如何计量? 门窗密封胶条是按米计量的。 门窗密封条的用途: 窗户密封条根据用途的不同可以....

  木门没用密封条能加装吗? 我估计你说的是门扇和门框接触的地方用的防撞胶条吧,顾名思义是用来防撞的,这....

  物联网设备在畜牧管理中的重要性,对维持生计具有极其重要的价值。人们对土地和水资源的担忧与日俱增,导致....

  随着5G技术的应用,全速运转的城市和社区将继续变得更智能、更敏锐。智慧城市的关键技术之一是交通的实时....

  大部分自动驾驶汽车使用人工智能与机器学习处理来自传感器的数据,并根据结合做出关于下一步行动的具体决策....

  不难判断,在此趋势下,3D 机器视觉将面临较快的增长趋势,3D 视觉未来将逐步取代 2D 识别技术,....

  分别了解了IoT和AI的功能后,我们现在可以继续了解将AI和IoT融合在一起的需求。当人工智能与物联....

  在现代装甲通信指挥装备中,功能强大、控制精确、运行可靠的装备,均由越来越多的电子分机、部件通过密集的....

  ABI Research分析师Dimitrios Pavlakis特别指出了接触生物识别技术(例如指....

  2 个 GPS 天线 个惯性导航单元布置于车辆后备箱内。用于获取车辆的位姿和定位信....

  温度测量遍布于各种工业现场,可是要实现精确、快速的温度测量并非易事。困难的主要原因是温度信号本身并不....

  智能感知位于智能家居产业链的上游,是感知环境与数据采集的基础环节。智能感知对应的是各种先进的元器件和....

  互联网从诞生之日起就受到了人们的青睐。人们希望利用互联网技术来改变其生活方式,事实上,互联网技术经过....

  目前,最常见的收集身体运动数据的技术是计算步数,这种技术首次是用在计步器上,如今也给消费者提供数据来源。除了在...

  车辆制造商意识到变速箱和动力传动系统的改进是提高燃油效率最有效的手段。这一改进可通过优化预先确定的转速换挡和每...

  2014年,谷歌(微博)斥资32亿美元收购了开发家庭智能烟雾探测器的Nest公司,希望进入智能家居领域,Nest也开始承担谷...

  行业的进步离不开技术的创新,就在感知规避、GPS跟随、室内视觉定位等技术的热度还未消退之时,又一批新锐技术已经...

  有一个机器人,它被关进了一间空屋子,里面放满了杂七杂八的东西。机器人感到很害怕,因为这个地方他从来没来过,一点...

  对数百万的美国家庭来说,圣诞节的早晨是孩子们对圣诞老人感到惊叹的时刻,是家人开心地聚集在一起的时刻,是家长给孩...

  可穿戴设备具有怎样的功能,在很大程度上取决于它的内部配置有怎样的传感器。现将可穿戴设备经常使用的一些传感器介绍...

  让全世界数百万患者非常担心的睡眠呼吸暂停综合症,俗称打鼾,是指在睡眠过程中反复出现呼吸停止,有时每晚可达数百次...

  轧钢测径仪用在各种环境恶劣的轧钢生产线,并配备有专业的软件系统,它可用于对测径仪的一些操作控制,对各....

  捷联惯导中的航姿计算机实现数字平台导航,需要在复杂运算的同时还能够高速、准确地完成多种传感器测量数据....

  接触式图像传感器(Contact image sensor,简称 CIS)是由一排与扫描原稿宽度相同....

  结露问题历来是业主投诉的热点。2019年某小区结露的报修共计129件,占总报修数的16.7%;以上数....

  疫情爆发以来,零售、餐饮、旅游等行业经营受到不小的冲击。欢乐麻将传感器市场也是受到Covid-19大流行打击....

  由于城市化的推进以及人们生活水平的提升,汽车保有量不断增长,导致拥堵问题和停车难题长期困扰车主与城市....

  近几年快速发展的IC技术和计算机技术,为传感器的发展提供了良好与可靠的科学技术基础。俄罗斯康德波罗的....

  济南金曰公司负责现场施工的相关负责人介绍,通过3D 毫米级GPS摊铺控制系统,可以事先设计好应铺路面....

  上周,第十七届高交会无人系统展分会场——中国(深圳)国际无人系统技术成果交易展览会在深圳完美落幕。素有高新技术...

  “宁为太平犬,莫作离乱人”这句话准确地描述了当下医疗设备设计工程师们的处境,瞬息万变的市场发展市场发展使他们面...