基于soc的高精度倾角测量系统的设计

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1、第18卷第12期电子设计工程2010年12月Vol.18No.12ElectronicDesignEngineeringDec.2010基于SOC的高精度倾角测量系统的设计11，21余小平，庹先国，王洪辉（1.成都理工大学四川成都610059；2.地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059）摘要：为解决自动水平调节系统和工程应用中倾角测量高成本、低精度的问题，提出了一种利用MEMS双轴倾角传感器、信号调理和SOC等电路实现高精度倾角测量的方法，并从传感器信号稳定性处理、温度补偿、信号采集处理、基准源设计和信号曲线拟合方法等多角

2、度实现了倾角的低成本、高精度测量。实验测试表明，系统最大绝对误差小于0.005°，相对误差小于0.02%。关键词：SOC；倾角测量；高精度；信号调理；曲线拟合中图分类号：TH712文献标识码：A文章编号：1674－6236（2010）12-0034-03Designofhigh-accuracytiltanglemeasurementsystembasedonSOCYUXiao-ping1，TUOXian-guo1，2，WANGHong-hui1（1.ChengduUniversityofTechnology，Chengdu610059，Chi

3、na；2.StateKeyLaboratoryofGeohazardPreventionandGeoenvironmentProtection，Chengdu610059，China）Abstract:Tosolvetheproblemofhigh-cost，low-accuracyinautomaticleveladjustmentsystemandmeasurementoftiltangleinengineeringapplications，thispaperprovidedasolutionwhichachievedhigh-accura

4、cymeasurementoftiltanglebyusingMEMS-baseddualaxistiltsensor，signalconditioningandSOC.Thearticlealsoachievedthehigh-accuracymeasurementsoftiltanglefrommultipleriewpointssuchastiltsensor’ssignalstabilityprocessing，temperaturecompensation，signalacquisitionprocessing，referenceso

5、urcedesignandcurvefitting.Experimentaltestsshowthatthesystemhasamaximumabsoluteerrorwhichislessthan0.005°，andtherelativeerrorislessthan0.02%.Keywords:SOC；measurementoftiltangle；high-accuracy；signalconditioning；curve-fitting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

6、统的自动水平调节中，都需要高精度的倾角测量。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，着重介绍了倾角传感器输出稳定性处理、温度补偿、非线性处理（正弦曲线图1系统硬件组成框图拟合）、信号调理及其测量电路的特殊处理等。Fig.1Blockdiagramofsystemhardwarecomposition分辨率双轴倾角传感器。SCA100T-D01数字输出分辨率为1倾角测量系统的硬件设计0.035°/LSB[1]。模拟输出的分辨率，模拟输出分辨率为0.0025°倾角测量系统硬件部分主要由MEM

7、S传感器（含双轴倾大大高于数字输出的分辨率，故本设计采用其模拟输出。模角传感器和温度传感器）、SOC电路、数据处理及传输和其他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。不当，系统的分辨率和精度将大打折扣，有时甚至还不如数1.1MEMS倾角传感器接口字输出。采用合理的模拟信号处理电路是保证系统精度的方MEMS倾角传感器采用芬兰VTITechnologies公司的法之一。SCA100T系列中的SCA100T-D01，测量范围为±30°。SCA100T-D01内置温度传感器，可以通过其自

8、带的SPISCA100T系列是采用微机电系统（MEMS）技术制造的一款高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