Senzor de accelerație

1. Prezentare generala

Circuitul prezentat in continuare nu este doar un senzor de acceleratie, ci poate fi folosit si la masurarea unghiului de inclinatie fata de axele Ox si Oy. Astfel montajul poate fi utilizat in aplicatii ce presupun urmarirea unghiurilor de inclinatie fata de orizontala si verticala, acceleratia unui corp in miscare etc, si trimiterea respectivelor informatii catre calculator prin intermediul interfetei seriale.

Principalele componente ale montajului sunt accelerometrul ADXL202E, si microcontrolerul PIC18F2620. ADXL202E poate masura acceleratii de peste ±2g si unghiurile de inclinatie fata de axele Ox si Oy. Acesta poate oferi aceste date fie analogic fie digital. Semnalul digital poate fi cules de pe iesirea accelerometrului prin masurarea cu ajutorul microcontrolerului a factorului de umplere a semnalului PWM generat la iesire. In ceea ce priveste semnalul analogic acesta poate fi cules in doua moduri: fie direct din pinii XFILT ¬si YFILT, utilizand un buffer corespunzator din cauza impedantei mici de iesire de pe acest pin, fie prin conectarea la iesirea PWM a accelerometrului a unui filtru mediator (filtru trece jos).

La momente prestabilite de timp microcontrolerul citeste valoarea analogica rezultata in urma medierii iesirii digitale a ADXL202E, calculeaza deviatiile de unghi fata de axele ortogonale si trimite aceste informatii prin intermediul interfetei UART catre calculator.

2. Principiul de functionare

2.1 Accelerometrul ADXL202E

Un accelerometru contine un senzor care masoara acceleratia, pe baza inertiei corpurilor. In cazul de fata ADXL202E inglobeaza un sistem complet de masurare a acceleratiei pe doua axe. Pentru fiecare axa in parte, un circuit de iesire converteste semnalul analogic in semnal modulat in impuls (PWM) cu ajutorul modulului DCM (duty cycle modulator). Acest semnal poate fi conectat direct la microcontroler pe un pin ce multiplexeaza functia de timer/numarator pentru calcularea caracteristicilor de timp a semnalului digital generat de accelerometru.

Totodata ADXL202E este capabil sa masoare acceleratii atat pozitive si negative de cel puţin ± 2 g, cat si forte de acceleratie statica (cum ar fi forta gravitationala), permitandu-i să fie folosit ca un senzor de inclinatie.

Principalele caracteristici ale acestuia sunt urmatoarele:

• senzor de acceleratie pe doua axe, integrat intr-o singura capsula

• capsula de dimensiuni reduse: 5mm x 5mm x 2mm

• rezolutie de 2mg la o frecventa de 60Hz

• consum redus de curent: maxim 0.6mA

• interfatare directa cu un microcontroler prin intermediul iesirii PWM

• ajustarea latimii de banda se face printr-un singur condensator

• tensiunea de alimentare poate varia intre 3V si 5.25V

• capsula rezistenta la socuri de pana la 1000g

Figura 1. ADXL202E - schema bloc

Senzorul este o structură de suprafaţă de polisiliciu construit pe partea superioara a plachetelor de siliciu. Arcuri de polisiliciu suspenda structura si ofera o rezistenta impotriva fortelor de acceleratie. Deviatiile structurii sunt masurate folosind un condensator diferential ce constă in placi independente fixe si placi centrale atasate la masa în miscare. Aparitia unei acceleratii va dezechilibra condensatorul diferential, care va da nastere la un semnal dreptunghiular a carui amplitudine este proportionala cu acceleratia. In continuare, folosind tehnici de demodulare sensibile la faza, semnalul este redresat si este determinata directia de acceleratie.