一种嵌入式高精度加速度计信号采集系统的制作方法

本发明涉及一种嵌入式系统，特别涉及一种嵌入式高精度加速度计信号采集系统。

背景技术：

自第二次世界大战以来，曾先后出现过近百种不同类型的加速度计。从最初的机械磁电式，发展到气浮、电磁悬浮、压电悬浮和近十年来发展的挠性静电激光以及晶体谐振等特殊支承的仪表。伺服回路也从原来的单纯采用模拟回路，发展到采用二元、三元断续式和二元调宽式的数字回路。因而，从六十年代以来，出现了许多新型仪表，如:脉冲积分摆式加速度计、单轴或双轴干式挠性加速度计、静电加速度计、激光加速度计、压膜双轴加速度计、磁流体加速度计、三轴固体加速度计多功能敏感器。随着微机系统技术的发展，应用于微器件的设计技术和工艺水平的提高，微传感器的开发和应用取得了长足的进步。微加速度计作为典型的微器件，其设计和制作技术也越来越成熟，国内外都将微加速度计开发作为微机系统产品化的优先项目。相比于通常的加速度计，微加速度计具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性好等优点，广泛运用于航空航天、汽车工业、工业自动化及机器人等行业，具有广阔的运用前景。

常见的微加速度计按照原理可以分为:压电式、电容式、叉指式、扭摆式、以及隧穿效应式等。日前用的比较多的力反馈加速度计有陀螺型加速度计、静电加速度计、力平衡式加速度计、(包括液浮摆式加速度计和挠性加速度计)、磁感应积分和粘性剪切积分加速度计等。近年来，新型加速度计的应用发展很快，较为突出的是挠性表和静表，多数的国外惯性导航系统采用挠性表，特别是在新型的战斗机中;而静电加速度计则在空间任务中应用较多。加速度计的发展趋势是尽量减小干扰力矩，提高热稳定性，改进结构材料，提高轴对准稳定性，标度因数稳定性，提高可靠性，降低成本，减小体积；加速度计主要朝以下两种方向发展:一种是对现有的常规加速度计的结构和元件进行改进，以提高仪表的性能;二是研制其它非常规的新型加速度计，例如:挠性、静电、光纤、激光、固体等加速度计。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种具有动态校正、多通道等优点的嵌入式高精度加速度计信号采集系统。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种嵌入式高精度加速度计信号采集系统，包括单片机、运算放大器、低通滤波器、跟随器；所述单片机连接控制运算放大器、低通滤波器、跟随器；所述运算放大器连接低通滤波器，所述低通滤波器连接跟随器，所述跟随器连接单片机。

所述运算放大器选用高共模抑制比、高精度、低漂移、低噪声的芯片。

所述低通滤波器选用具有较高采样保持比的采样保持器。

所述单片机选用freescalek60，高速采样的数据送入fifo，逻辑关系由cpld控制。

所述跟随器选用低失调电压、低漂移的运放电路

在运行过程中，采用先进先出fifo方式进行传输，提高了传输速度；采用内存映射的方式读取数据，当读到空后,由empty给单片机空信号，单片机检测到这个空信号后，进行下一个周期的重新写入，这样通过fifo的形式传输数据；在单片机接收下一组数据的同时，pc104接收fifo中的数据。

本发明的有益效果：本发明的一种嵌入式高精度加速度计信号采集系统，将软硬件有机结合，有效的解决了a/d动态范围的问题，同时具有动态校正、多通道等优点。

附图说明

图1为加速度计信号采集电路整体结构框图；

图2为单片机a/d采样流程图；

图3为单片机与fifo的传送程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1

如图1、图2、图3所示，一种嵌入式高精度加速度计信号采集系统，包括单片机、运算放大器、低通滤波器、跟随器；所述单片机连接控制运算放大器、低通滤波器、跟随器；所述运算放大器连接低通滤波器，所述低通滤波器连接跟随器，所述跟随器连接单片机。

所述运算放大器选用高共模抑制比、高精度、低漂移、低噪声的芯片。

所述低通滤波器选用具有较高采样保持比的采样保持器。

所述单片机选用freescalek60，高速采样的数据送入fifo，逻辑关系由cpld控制。

所述跟随器选用低失调电压、低漂移的运放电路

在运行过程中，采用先进先出fifo方式进行传输，提高了传输速度；采用内存映射的方式读取数据，当读到空后,由empty给单片机空信号，单片机检测到这个空信号后，进行下一个周期的重新写入，这样通过fifo的形式传输数据；在单片机接收下一组数据的同时，pc104接收fifo中的数据。

实施例2

如图1所示，本发明中由于加速度计信号的精度很高，电路要充分考虑对噪声的抑制，前级处理电路的器件选择很重要，运算放大器需选用高共模抑制比、高精度、低漂移、低噪声的芯片；低通滤波器要具有良好的线性与截止频率，采样保持器应选用具有较高采样保持比的器件，采用差分输入以更好的抑制噪声，单片机选用89c52，高速采样的数据送入fifo，逻辑关系由cpld控制。电压跟随电路对输入的加速度信号进行变换、隔离前级电阻、处理，使输入信号符合a/d转换的要求，跟随器的输入电阻近似无穷大，可以隔离后级电路吸收力反馈回路输出的电流，以免干扰i/v的转换，它应选用低失调电压、低漂移的运放电路。

实施例3

如图2所示，本发明在程序执行的时候要对三片a/d模数转换器进行初始化，系统需要采样三路加速度信号，所以每采集完一路信号，就要查询下一通道是否为低，并把上一通道置高，在每次读dor寄存器之前，必须要判断的值，为低才能读取，把每路读取的值放在固定的ram区，等三路信号读取完毕后，加标识字头后，调用串口发送子程序，一次性发送所有转换信号值，发送完毕后，进行下一轮采样；为编写程序代码的简练，对于通用的代码都编成子程序，通过寄存器来传递变量进行调用，系统中所编的子程序主要包括以下模块：选择通道子程序、写insr寄存器子程序、写cmr寄存器子程序、读8bite子程序、读dor数据子程序、串口发送子程序等。

实施例4

如图3所示，本发明虽然采用串口也可满足传输速率的要求，但占用导航计算机中断多，时间长，且易发生误码，由于导航计算机承担的任务较多，要进行数据的接收，以及解算。为了尽量将其承担的任务减轻，减少中断的次数，所以这里采用先进先出（fifo）方式进行传输，单片机读完3路加速度的信号后，连续写9次把数据送入fifo，然后由单片机给导航计算机一个中断，导航计算机响应中断，采用内存映射的方式读取数据，当读到空后,由empty给单片机空信号，单片机检测到这个空信号后，进行下一个周期的重新写入，这样通过fifo的形式传输数据，简单方便，又达到了我们期望的效果。另外我们这里的工控机的速度远远的快于单片机，在单片机接收下一组数据的同时，pc104有足够的时间来接收fifo中的数据；所以我们如果不查询空标志，也可以正确的读取数据；这里我们为了保险起见，仍然查询了空信号。

技术特征：

技术总结
一种嵌入式高精度加速度计信号采集系统，包括单片机、运算放大器、低通滤波器、跟随器；所述单片机连接控制运算放大器、低通滤波器、跟随器；所述运算放大器连接低通滤波器，所述低通滤波器连接跟随器，所述跟随器连接单片机。本发明的一种嵌入式高精度加速度计信号采集系统，将软硬件有机结合，有效的解决了A/D动态范围的问题，同时具有动态校正、多通道等优点。

技术研发人员：王树鑫
受保护的技术使用者：哈尔滨米米米业科技有限公司
技术研发日：2016.01.18
技术公布日：2017.07.25