MMA7361L的高精度角度检测平台设计方法

       引言

　　在很多控制系统中，角度值是一个十分重要的物理参数。例如起重机和升降机上都要有角度测控机构来控制起降高度;飞行器自动驾驶系统中都有大量的角度传感器，实时检测飞机偏转角度，以便对飞行姿态进行调整。目前已有利用加速度传感器实现高精度角度测量的设计研究，但主要侧重于单轴的测量，同时进行三轴测量的研究设计鲜有报道。本文将重点讨论采用三轴加速度传感器MMA7361L实现高精度角度检测的软硬件方法。

　　1 角度检测仪硬件平台设计

　　采用了高精度三轴加速度传感器MMA7361L作为角度检测模块，数据处理采用最新的带A/D转换功能的STM32F103VE芯片，采用I2C接口的AT24C02A芯片进行周期性数据存储，采用1602液晶模块对角度值进行实时显示，为了扩展系统功能，采用4×4键盘对系统模式进行设置。同时采用声光报警电路，当角度超过设定上限时，进行声光报警提示。角度检测仪硬件平台结构框图如图1所示。

　　1.1 STM32F103VE控制器

　　本系统采用新一代低功耗高速工业级芯片STM32F103VE作为控制器核心，芯片采用更优化的32位ARM Cortex-M3内核，时钟频率达到72 MHz。该芯片系统资源和外围接口丰富，内部集成专用时钟、复位以及电源管理模块，支持多种工作模式，内含2个12位高速ADC、80个快速I/O口、7个定时器和多达9个通信接口。

　　1.2 MMA7361L角度检测模块设计

　　MMA7361L是一种超低功耗、小型电容式的微机械加速度传感器。该传感器可以采用1.5g或6g灵敏度重力选择模式，具有信号调理、一阶低通滤波、温度补偿、自检、带有线性自由落体检测和零重力检测等功能。工作电压为2.2～3.6V，工作电流为400μA，设置为睡眠模式时工作电路仅为3μA。从灵敏度、功耗角度考虑，采用MMA7361L作为角度检测模块的核心芯片。MMA7361L角度检测模块电路如图2所示。

　　2 角度检测仪软件平台设计

　　2.1 软件平台整体结构

　　几乎所有的嵌入式产品中都需要嵌入式软件来提供灵活多样而且可为应用定制的功能。为了便于今后产品功能扩展，采用精简的μC/ OS-II操作系统作为软件平台的支撑。角度检测仪软件体系结构如图3所示。其中最底层为设备驱动程序层，主要是进行处理器初始化和驱动各外设电路模块;第2层为嵌入式μC/OS-II操作系统，主要是管理系统的软硬件资源，以及上层应用和操作底层驱动接口;第3层为应用程序，主要是系统调用和实现OS级别功能。

　　2.2 MMA7361L角度测试驱动实现

　　MMA7361L是一款高精度的模拟三轴加速度传感器，其精度模式可以选择1.5g或6g两种。从工程需要的角度选择1.5g模式，其精度为800 mV/g，将g-Select引脚置为低电平。在正常工作状态，Sleep引脚需要置为高电平。同时启动Self Test模式，芯片在工作之前先完成内部自检。