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            nRF905實(shí)現(xiàn)無線加速度測量系統(tǒng)

            作者: 時(shí)間:2011-09-28 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

            為了克服有線傳感中由導(dǎo)線所導(dǎo)致的數(shù)據(jù)傳輸弊端,以射頻數(shù)字傳輸方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)導(dǎo)線傳輸方式。給出了設(shè)計(jì)方案,設(shè)計(jì)了電路并進(jìn)行調(diào)試。信號(hào)采集及射頻收發(fā)試驗(yàn)表明,在400 m范圍內(nèi),數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確。在近距運(yùn)動(dòng)物體加速度的復(fù)雜環(huán)境中,該系統(tǒng)能夠克服因采用傳輸導(dǎo)線所帶來的一些缺點(diǎn)。

            本文引用地址:http://www.biyoush.com/article/155669.htm

              引言

              微電子與微機(jī)械(MEMS)技術(shù)的發(fā)展,使現(xiàn)代傳感器設(shè)計(jì)向微型化、智能化、集成化、微低功耗方向發(fā)展。MEMS技術(shù)突破了傳統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)受質(zhì)量、體積、功耗等技術(shù)瓶頸的束縛,在各測量領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。而隨著技術(shù)的發(fā)展,傳感器技術(shù)與技術(shù)結(jié)合得越來越緊密,利用無線技術(shù)開發(fā)信號(hào)采集無線傳輸模塊可以克服有線傳輸?shù)谋锥恕?/p>

              本文結(jié)合三軸線性MEMS慣性傳感器LIS331DL和單片無線收發(fā)器構(gòu)建加速度測量無線傳輸系統(tǒng),避免因采用傳輸導(dǎo)線所帶來的不利影響和使用上的不方便。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是集電源、加速度傳感器、微控器、射頻收發(fā)器于一體,體積小、功耗低,能夠對運(yùn)動(dòng)物體三維方向上加速度的測量。所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)裝置可以非常方便地固定于運(yùn)動(dòng)物體上,尤其適合近距復(fù)雜環(huán)境中對運(yùn)動(dòng)物體加速度的測量。

              1 系統(tǒng)組成和工作原理

              

              系統(tǒng)總體構(gòu)成如圖1所示。系統(tǒng)分為主、從機(jī)兩部分。從機(jī)負(fù)責(zé)測量運(yùn)動(dòng)物體的加速度并通過射頻傳輸方式發(fā)射測量數(shù)據(jù);主機(jī)負(fù)責(zé)接收從機(jī)發(fā)射的數(shù)據(jù),對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示,并將數(shù)據(jù)結(jié)果通過RS 232串口保存到PC機(jī)中以供分析。

              系統(tǒng)采用電池供電,在非工作模式下處于待機(jī)模式,通過控制按鍵工作模式和待機(jī)模式的切換以進(jìn)一步節(jié)省功耗,保證電池長時(shí)間工作。

              2 硬件設(shè)計(jì)

              硬件設(shè)計(jì)主要包括傳感器與微控器外圍連接電路設(shè)計(jì)、射頻收發(fā)器與微控器外圍連接電路設(shè)計(jì)等。

              2.1 微控制器

              經(jīng)對比選用高速C8051F310單片機(jī)作為系統(tǒng)的微控器。C8051F310是完全集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng)型MCU芯片,具有片內(nèi)上電復(fù)位、VDD監(jiān)視器、看門狗定時(shí)器和時(shí)鐘振蕩器的真正獨(dú)立工作的片上系統(tǒng),片內(nèi)外設(shè)豐富。

              2.2 LIS331DL傳感器電路設(shè)計(jì)

              LIS331DL是ST納米運(yùn)動(dòng)傳感器家族中具有最小封裝(LGA16封裝,3 mm×3 mm×1 mm)、最低功耗(小于1 mW)的三軸線性加速度傳感器。

              

            LIS331DL結(jié)構(gòu)框圖

              邏輯框圖如圖2所示。LIS331DL內(nèi)部有按互相垂直關(guān)系放置的三個(gè)敏感質(zhì)量塊。當(dāng)有外界加速度作用時(shí),敏感質(zhì)量塊會(huì)偏離其平衡位置一段位移,外界加速度越大位移就越大。由于敏感質(zhì)量塊位于兩個(gè)電極組成的電容之間,質(zhì)量塊位移的變化會(huì)引起電容電極兩端電荷量的變化,電荷量的變化經(jīng)電容/電壓變換器轉(zhuǎn)化為電壓的變化,A/D轉(zhuǎn)換器將模擬電壓值轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)字值,從I2C/SPI串行接口的三個(gè)輸出軸以二進(jìn)制補(bǔ)碼的形式輸出。該芯片能夠測量運(yùn)動(dòng)物體在三維空間的線加速度,三個(gè)輸出軸上加速度的矢量和即為運(yùn)動(dòng)物體的加速度。

              該芯片具有標(biāo)準(zhǔn)的I2C/SPI串行總線接口,內(nèi)置嵌入式功能,為用戶提供動(dòng)態(tài)可編程設(shè)置的兩個(gè)量程±2g/±8g以適應(yīng)不同的應(yīng)用場合,數(shù)據(jù)輸出速率可編程選擇為100 Hz/400 Hz以適應(yīng)不同外設(shè)的速率要求。當(dāng)外界加速度值超過三個(gè)輸出軸中至少一個(gè)軸的可編程加速度閾值時(shí),芯片可被配置用以產(chǎn)生慣性喚醒/自由落體中斷信號(hào)。LIS331DL能夠承受10 000g的加速度沖擊而依然保持性能不變。

              

            LIS331DL與C8051F310的電路連接圖

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