數(shù)字傾角測(cè)量裝置設(shè)計(jì)

　　摘要：給出一種基于MMA7455的傾角測(cè)量裝置設(shè)計(jì)，系統(tǒng)采用MMA7455三軸加速度傳感器進(jìn)行加速度測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)處理后通過(guò)LCD1602液晶顯示當(dāng)前角度。介紹了MMA7455加速度傳感器硬件和軟件設(shè)計(jì)過(guò)程，并完成軟硬件的測(cè)試。
　　關(guān)鍵詞：傾角；加速度；MMA7455；STC89c52
　　中圖分類號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2012）28-6829-02
　　1 概述
　　通常人們想確定系統(tǒng)的傾斜角度。傾角測(cè)量裝置用來(lái)幫助使系統(tǒng)重力垂直地面。然而一些傾角測(cè)量裝置，經(jīng)常需要處于水平或垂直位置方能準(zhǔn)確測(cè)量【1】。利用加速度傳感器并以單片機(jī)為中心控制器實(shí)現(xiàn)了一種性價(jià)比高，精度高，使用方便的傾角角測(cè)量裝置。
　　2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
　　系統(tǒng)由單片機(jī)、加速度傳感器、液晶顯示模塊組成。單片機(jī)選用STC89C52，加速度傳感器選用MMA7455，液晶顯示選用FM1602C。系統(tǒng)的功能是通過(guò)加速度傳感器采集系統(tǒng)角度信息，再把讀取的角度值傳送給單片機(jī)。單片機(jī)獲取的角度值通過(guò)液晶顯示器顯示。
　　2.1 加速度傳感器MMA7455測(cè)傾斜角度原理
　　MMA7455是一款數(shù)字輸出用于快速運(yùn)動(dòng)檢測(cè)三軸加速度計(jì)。用戶可使用指定的0g寄存器和g-Select量程選擇對(duì)0g偏置進(jìn)行校準(zhǔn)，量程可通過(guò)命令選擇3個(gè)加速度范圍（2g/4g/8g）。對(duì)于2g和4g量程均只有8bit一種形式，靈敏度分別為64/g，32/g。當(dāng)選擇8g量程時(shí)，數(shù)據(jù)可以是10bit（靈敏度是64/g），也可以是8bit（靈敏度是16/g），兩者數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的寄存器不同。MMA7455有兩種工作狀態(tài)，一種是I2C模式，一種是SPI模式。I2C模式：SCL必須加上拉電阻。
　　MMA7455用于傾角測(cè)量是最典型的應(yīng)用之一，它以重力（ F =mg ）為輸入矢量來(lái)決定物體在空間的姿態(tài)。把加速度傳感器固定在物體的水平面上，當(dāng)物體具有特定方向且MMA7455 X軸方向始終處于重心平面，計(jì)算傾斜角才準(zhǔn)確。物體姿態(tài)改變時(shí)，加速度傳感器的敏感軸X軸與水平面隨之轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度θ。當(dāng)重力矢量與水平面垂直，根據(jù)三角原理X軸重力矢量投影產(chǎn)生等于加速度計(jì)X軸與水平面夾角正弦值的加速度輸出[Ax=1g×sinθ]，從而確定[θ=arcsinAxg]（1g=9.807m/s2）。
　　2.2 系統(tǒng)電路
　　系統(tǒng)電路如圖1示。STC89C52的P00—P07經(jīng)10K上拉接至5V，并將P00—P07分別接FM1602C的DB0—DB7，STC89C52的P25、P26、P27分別與FM1602C的RS、RW、E連接，用于控制FM1602C寄存器選擇、讀寫信號(hào)、使能端信號(hào)。FM1602C的VO經(jīng)100K可調(diào)電阻R1接5V，R1用于調(diào)節(jié)液晶顯示器對(duì)比度[2]。MMA7455的7腳接5V配置為I2C模式，將MMA7455的11腳（SDA）12腳（SCL）經(jīng)10K上拉并分別接至STC89C52的P23、P24。STC89C52的P24用于產(chǎn)生I2C時(shí)鐘，P23用于讀寫MMA7455。
　　3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)
　　系統(tǒng)程序采用C語(yǔ)言編寫。程序在Keil uVision3編譯調(diào)試。系統(tǒng)上電后首先完成FM1602的初始化，接著分別顯示三維坐標(biāo)平面傾角提示符：X，Y，Z。然后顯示“角度”提示字符。接著程序?qū)MA7455進(jìn)行初始，將MMA7455配置為靈敏度±2g，分別從MMA7455的寄存器0x06、0x07、0x08單元讀取X、Y 、Z軸方向加速度，然后分別對(duì)X、Y 、Z軸方向加速度轉(zhuǎn)換為傾角并顯示。系統(tǒng)主程序如下：
　　4 結(jié)論
　　將MMA7455固定在平板上。本系統(tǒng)主要對(duì)平板與水平面的傾角做了測(cè)試。系統(tǒng)開機(jī)后，待“角度”提示字符顯示完畢便分別顯示X，Y，Z方向傾角。通過(guò)實(shí)際運(yùn)行，取得良好的效果。
　　參考文獻(xiàn)：
　　[1] 張曉靜，戰(zhàn)智濤.基于傾角傳感器設(shè)計(jì)的帆船姿態(tài)儀[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2008（5）：54-55.
　　[2] 鄭春來(lái).MCU與LCD接口電路比較研究[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)，2010（9）：39-4