LPC2366抗干扰电子指北仪算法研究(5)
加速度计的敏感方向分别与载体坐标系中X和Y轴同向。当物体水平放置时，只受到垂直方向的重力加速的，所以加速度传感器两个敏感轴输出的对应加速度值为0。当物体的姿态改变的时候，加速度传感器的敏感轴随之转动角度 ，则传感器受到的加速度为a=gsin ，如图3.2所示，因此可以通过测量加速度的变化来反映物体姿态的变化。测量到加速度计两个敏感方向的加速度后，即可根据公式（2-5）、（2-6）计算得到俯仰角和横滚角，继而解算得到航向角。
图3.2 加速度传感器测量倾角原理图
本次设计采用ADXL213AE传感器。ADXL213AE是基于单块集成电路的完善的双轴加速度测量系统。它是一个以多晶硅为表面的微电机传感器和信号控制环路来执行操作的开环加速测量结构。该传感器内部有两个可变电容，每个可变电容的可移动极板与一质量块相连，分别用于感应两个正交方向上的加速度。可变电容器在方波激励下工作，其输出电压经鉴相器鉴相后得到与加速度成线性关系的模拟电压。对于每个轴，输出环路将模拟信号转换为占空比调制(duty-cycle modulation,DCM)的数字信号。这些数字信号可直接与微处理器接口。ADXL213AE可测量正负加速度，其最大测量范围为 2g。加速度传感器的加速度计算公式为：
加速度a(g)=((t1/t2)-加速度为0时输出的占空比)/灵敏度 （2-13）
其中t1/t2为输出的占空比，灵敏度为每1g引起的占空比变化。对于ADXL213来说，加速度为0时输出的占空比为50%，灵敏度为30%，即a(g)=((t1/t2)-0.5)/0.3。
3．3 信号采集调理模块
主控制模块和传感器模块之间的信号传递需要加入信号采集调理模块。加速度传感器所得到的信号为占空比信号，经过脉冲宽度调制输入微控制器的定时器即可得到占空比值，从而得到加速度值进而求得角度。两路姿态角信号由处理器直接采集，而三路磁场信号需微控制器利用A/D转换器完成磁场信号信息采集，因此本节论述的信号采集主要是磁场信号采集。磁阻传感器采集到的磁场信息为电压信号，是模拟信号，经过放大滤波通过A/D转换芯片AD7714使模拟电压信号转换为微处理器可以处理的数字信号。
AD7714从传感器接收电平信号并输出串行数字。它实现了高达24位的无误码功能。我们编程时用到的是16位，这样已经可以满足我们的精度要求并且可以提高运算速度。输入信号加至专有的基于模拟调制器、具有可编程增益的前端。调制器的输出由片内数字滤波器处理。通过片内控制寄存器可对此数字滤波器的第一个凹口编程，允许调整滤波器的截止频率和稳定时间。
3．4 设计方案
根据对地磁测向原理和航向姿态算法的理论分析，在本次设计中，电子罗盘需利用磁阻传感器HMC1001和HMC1002组成三轴测量系统来感测载体三个轴向的磁场分量，通过倾角传感器ADXL213AE来测量加速度来获得占空比信号，然后把这些信号经过信号调理电路的转换后变成微控制器可以处理的数字信号，才能进入微控制器进行必要的数字滤波、航向、姿态解算、误差补偿校准，这样电子罗盘才能够输出可以供用户使用的符合通信协议要求的姿态信息。
针对加速度传感器的温度漂移引进温度传感器DS1820，进行温度测量，以便温度补偿。另外，本次设计中所需存储的数据量较大，仅靠微控制器内部的存储器是不够的，于是引入外部铁电存储器FM25V05进行数据储存。UART接口通过带RS232和RS485电平转换功能的接口芯片SP3232和SP3485与PC机及定位转台通信，响应来自PC机的命令及向PC机传输磁场、姿态数据信息，并且与定位转台之间通信完成定标过程。另外，电路中加入了两个LED灯显示，用以指示系统程序的正常运行。