基于MSP430锥度仪系统的设计

　　锥度仪是应用倾角传感器测量数据,经系统处理后换算成圆锥的底面直径与锥体高度之比值或其他需要的数据并将其显示的仪器.它在四轮定位、通信指挥车、起重机、架桥机、水利施工、机床调平、土木建筑、高精度测量仪器及智能平衡运动控制系统等领域被广泛采用.随着此类传感器技术的不断发展,应用领域扩大,要求控制系统设计简易、成本低廉、测量精度高、工作稳定、体积小、功耗低、使用方便.为此,本文提出了一种高精度数字锥度仪的设计与实现方法.它以MSP430低功耗单片机为核心读取倾角传感器的数据,进行软件处理后由LCD实时显示.液体电介质随倾斜角度变化而使电容器容量发生变化,传感器SCA103T利用这一特性进行倾斜角度的高精度测量,并且提供SPI接口.MSP430单片机使用模拟SPI方式与高精度倾角传感器SCA103T通信实现锥度仪数据的采集处理.

　　1　MSP430单片机简介

　　MSP430低功耗单片机为16位处理器,并具有5种低功耗模式和丰富的外围模块,其中MSP430F149包含:6组I/O端口、精密模拟比较器、硬件乘法器,2组频率可达8MHz的时钟模块为系统SPI通信提供时钟频率,1个FLASH存储模块存储系统校验后的数据, 8路12位AD转换通道可供本系统测量外部电压使用,还有2个可以实现异步、同步及多址访问的USART.在实际的应用中,USART接口具有极大的通用性,出于扩展接口的目的,往往通过软件模拟SPI,以获得更多的SPI接口[1].串行外设接口是一种同步串行通讯接口,用于微处理器、微控制器和外围扩展芯片之间的串行连接,现已发展成为一种工业标准,有着极为广泛的应用.

　　2　SCA103T及其工作原理

　　SCA103T系列是以单晶硅材料制造的高精度单轴倾角传感器.传感器由三层硅片构成,形成立体结构,当倾斜或者有加速度的时候,中间质量片会倾斜向某一侧,从而两侧的电容由一样变成不一样[2].测试片两边形成电容,传感器灵敏度高两极之间由玻璃构成绝缘.SCA103T传感器就是利用液体电介质随倾斜角度变化而使电容器容量发生变化的特性,进行倾斜角度的测量.变面积型电容器容量的变化与倾斜角度成正比例关系,因而该产品在理论上是完全线性的[3].传感器内部的测量电路采用脉冲宽度调制原理,并利用放大器对传感器微弱信号进行交流放大,再经过滤波、直流放大、A/D转换处理之后输出需要的倾角数字信号.SCA103T系列对外通信时有两个模拟输出和一个数字SPI接口以提供直接信号处理和信号差分,通过外部运算放大器或者微控制器实现.信号差分带来非常显著的优点:它能提高产品灵敏度并显著减小共模噪声.在8 Hz带宽情况下,模拟信号分辨率是0.001,数字信号分辨率为0.009.该产品含有内部温度测量和补偿,再加上高于0.014的长期稳定性,在-25~85℃能保证精度偏移小于±0.14.