您的位置 首页 知识

根据STM32的新式视点丈量体系规划

在现代控制系统中,角度测量装置是非常关键的需要高精度的部件,其测量精度直接影响着整个系统的性能和精度。例如施工升降机上有角度测控

在现代操控体系中,视点丈量设备是十分要害的需求高精度的部件,其丈量精度直接影响着整个体系的功用和精度。例如施工 升降机上有视点测控组织来操控起降;火箭炮瞄准体系中都有很多的视点传感器,实时检测炮塔偏转视点,以便对火箭炮瞄准进行调整。现在已有的运用的加快度传 感器完结高精度视点丈量的研讨,首要侧重于单轴的视点丈量。本文将要点评论运用双轴加快传感器ADXL202完结高精度视点丈量的软硬件办法。

1 视点丈量仪体系硬件方案规划

本视点丈量仪选用STM32F107作为数据处理的中心芯片。这是一款低功耗、高速度的32位处理器,具有Cortex-M3内核。视点丈量模块运用的是高精度、低功耗双轴加快度传感器ADXL202,能将加快度信号转化成数字方波信号输出,可直接与STM32F107衔接,经过必定的算法即可核算出当时的歪斜视点。显现模块运用的是12864ZW型128×64的点阵液晶显现器,图1所示为视点丈量仪硬件结构框图


图1 视点丈量仪硬件结构框图

2 视点丈量模块

角 度丈量模块运用的是ADI公司出品的低本钱、低功耗、高精度的双轴加快度传感器ADXL202,其丈量规模为-2g~+2g,既能丈量动态加快度,又能测 量静态加快度。它的作业电压是3.0~5.25 V,作业电流低于0.6 mA,最高主频可到达70 MHz,所以从功耗、灵敏度和精确度考虑,挑选ADXL202作为视点丈量模块的中心芯片。图2是它的功用结构框图。


图2 ADXL202的功用结构框图

由图2可知,ADXL202是依据单片%&&&&&%的完善的双轴加快度丈量体系,对X、Y轴而言,输出环路将加快度信号转化为脉宽占空比的数字信号输出,这些数字信号可直接传输给STM32F107,无需A/D转化或其他附加的其他电路。

ADXL202 由振荡器、X和Y轴传感器、相位解调器和脉宽占空比解调器组成,它的功用完结进程是,X、Y轴传感器遭到加快度力后输出振幅改动的方波,输出方波的振幅与 加快度成正比。相位解调器能够对输出的方波信号进行批改并提取信息,然后判别加快度方向。相位解调器的输出会经过一个低通滤波电路,能够经过改动滤波电容 的巨细来设置输出信号的带宽。经过低通滤波的模仿信号进入DCM,被转化为脉宽占空比信号输出。

2.1 视点丈量模块硬件电路规划

为确保ADXL202高精度安稳的作业,需求依据芯片技能文档和实践运用状况,来装备信号周期、滤波电容(决议信号的带宽)。

ADXL202的输出信号是脉宽占空比调制信号,占空比T1/T2与被测加快度成正比。0g时,其输出为50%占空比,灵敏度为每g所引起的脉宽占空比改动12.5%。查阅芯片的技能文档,能够经过电阻RSET来设定DCM的周期:

T2=RSET/125 MΩ (1)

在X、Y方向上的加快度重量值可由下式核算:

A(g)=(T1/T2-0.5)/12.5% (2)

表1是芯片的技能文档供给的RSET和T2装备表。咱们挑选125 kΩ的RSET,将周期T2设定为1 ms。

ADXL202 经过XFILT、YFILT外接电容CX、CY来设定ADXL202的带宽,这个带宽决议了它的丈量精度,一起电容CX、CY能够去混叠和滤波。为了使脉 宽占空比的差错最小,模仿带宽应比脉宽占空比的频率低1/10。对技能文档供给的表2进行剖析,并考虑设定T2为1 ms,脉冲占空比频率为1 kHz,为满意实践需求和DCM差错最小的要求,挑选0.05μF的滤波电容,此刻模仿带宽为100 Hz。[page]

引 脚衔接的标准:13、14是两个电压输入引脚VDD,直接与5 V电源衔接,一起衔接退耦%&&&&&%CDC,引荐运用0.1μF;4、7是两个接地引脚COM,直接接地;2脚VTP坚持开路,不与其他任何引脚相连;3脚ST 是自检输入端,当接VDD时能查看加快度计的功用,平常该引脚开路,也可与COM相连。引脚装备如图3所示。


图3 ADXL202引脚装备

依据芯片的引脚装备图和以上的各类装备,能够规划视点检测模块的硬件电路,其电路原理如图4所示,其脉冲输出端直接与STM32F107的I/O口相连。


图4 视点收集原理图

2.2 ADXL202测视点作业原理

ADXL202水平放置时的倾角如图5所示。

ADXL202水平放置时,沿X轴和Y轴方向的加快度重量巨细与重力的关系为:

AX=g·sin(α), AY=g·sin(β) (3)

式中,AX、AY别离代表加快度计的两个轴上的重量输出,g是以重力作为参阅的加快度值,而α、β是歪斜视点。由反正弦函数即能够得到歪斜视点为:

α=sin-1(AX/g),β=sin-1(AY/g) (4)


图5 ADXL202水平放置时的倾角

ADXL202笔直放置时的倾角如图6所示。


图6 ADXL202笔直放置时的倾角

加快度传感器在竖直初始方位时,沿X轴和Y轴方向的加快度重量巨细与重力的关系为:

γ=sin-1(AX/g), δ=sin-1(AY/g) (5)

此 视点丈量仪的作业原理是:ADXL202将加快度信号转化为脉宽占空比输出,STM32F107接纳这个数字脉冲信号,运用STM32F107的输入捕获 功用来丈量脉冲信号的高电平脉宽。然后,核算出高电平脉宽的精确时刻T1,由式(2)得到X、Y方向上的加快度重量A(g)。最终,由式(4)(5)别离 求出芯片在水平状况或笔直状况下的倾角。[page]

3 数据处理模块

STM32F107采 用的是ARM Cortex—M3内核,作业电压为3.3 V,时钟频率到达72 MHz。该芯片体系资源和外围接口丰厚,内部集成专用时钟、复位以及电源办理模块,支撑多种作业方式。因为STM32F107芯片的功用、本钱和功耗方面 的特色,挑选它作为数据处理模块。更重要的是STM32F107的定时器除了TIM6和TIM7,都有输入捕获功用。

3.1 输入捕获功用应用于视点丈量的作业原理

以 TIM2定时器完结输入捕获功用为例。TIM2有4个独立通道,经过检测TIM2_CH1通道上的边缘信号,在边缘信号产生跳变(比方上升沿/下降沿)的 时分,将当时定时器的值存放到TIM2_CH1的捕获/比较寄存器里边,完结一次捕获。这便是STM32F107所具有的输入捕获功用。

将 ADXL202的Xout、Yout引脚输出接到STM32F107的34、35引脚(PA0、PA1)上,由STM32F107的原理图可知,34、 35引脚操控TIM2_CH1和TIM2_CH2两个通道。用TIM2_CH1来捕获Xout的数字方波信号的高电平脉冲,首要装备此通道的输入捕获为上 升沿检测。当检测到上升沿时,进入中止将计数器清零重新开端计数,并装备通道的输入捕获为下降沿捕获;当检测到下降沿时,进入中止读取计数器的值,由计数 值和计数频率可得到高电平的脉宽,即T1。然后经过以下两个公式:

A(g)=(T1/T2-0.5)/12.5% (6)

α=sin-1(Ax/g), β=sin-1(AY/g) (7)

核算得出当时的倾角,之后将成果传输给液晶显现屏显现成果。式中T2=1 ms。此处仅评论芯片水平放置时的状况,当芯片笔直放置时,用式(5)即可。

3.2 收集和处理数据的办法

ADXL202 有两路输出信号Xout、Yout,并且它们是一起作业的,而STM32F107是次序处理器,一个时刻点上只能处理一路信号。咱们选用分时复用的办法解 决,以1 s为时刻点,在这1 s内,STM32F107只收集处理一条通道内的信号和数据,到下一秒时就收集处理另一条通道上的信号和数据。还应该留意一个问题,计数器在检测到上升沿 时开端计数,等下降沿到来中止计数的时刻内,脉宽过长时计数器会产生溢出,所以有必要记录下溢出次数。在最终核算计数器的值时,将溢出次数乘以计数器的宽度 加上当时计数器的值,即为总的计数值。

4 视点丈量仪体系的程序规划

运用STM32F107的输入捕获功用,需求经进程序装备内部寄存器的初始状况,以此来满意视点丈量仪的作业需求。

①敞开GPIO和TIM2的时钟,经过内部的库函数RCC_APB2PeriphClockCmd、RCC_APB1PeriphClockCmd来操控两个时钟的敞开。为了收集TIM 2_CH1和TIM2_CH2上的高电平脉宽,需装备PA0和PA1为下拉输入。

②初始化TIM2,设定TIM2的输入捕获主动重装载值为0xfffe,计数频率为1 MHz。

③使能输入捕获、中止、计数器,经过STM32F107的库函数能方便地装备。

由视点丈量和输入捕获原理可得体系的程序流程图,如图7所示。


图7 体系程序流程图

5 调试和丈量成果

在 室温下进行调试。当视点丈量仪没有歪斜时,液晶屏上显现的成果并不为零,其原因是ADXL202装置无法彻底水平。芯片装置后自身存在倾角,这是不可避免 的。尽管调试环境是在室温下,可是实践运用的环境可能是温度改动较大的场合,零漂和灵敏度随温度的漂移将会很严重,直接丈量时会导致很大的视点差错,因 此,有必要采纳某种方式的温度补偿办法来处理。

当视点丈量仪有歪斜时,丈量成果与实践值有较大差错。经剖析是输入捕获的计数器有差错。经将搅扰和毛刺计数进来,所以应该增加滤波电路,一起计数器的值选用屡次计数取平均值的办法,以此进步计数的精度。

视点丈量仪的丈量成果如图8所示。


图8 视点丈量仪的丈量成果

结语

本文论说了一种依据ADXL202的高精度视点丈量仪的研讨和规划办法,对ADXL202的视点丈量原理和STM32F107的输入捕获功用进行了具体的介绍。经试验测验,该丈量仪能高精度地完结视点丈量,并且可靠性好,对视点丈量的研讨和规划有着活跃的含义。

声明:本文内容来自网络转载或用户投稿,文章版权归原作者和原出处所有。文中观点,不代表本站立场。若有侵权请联系本站删除(kf@86ic.com)https://www.86ic.net/zhishi/319108.html

为您推荐

联系我们

联系我们

在线咨询: QQ交谈

邮箱: kf@86ic.com

关注微信
微信扫一扫关注我们

微信扫一扫关注我们

返回顶部