基于三轴加速度计的倾斜角传感器的研究与设计

图8中，测试方向为y轴方向，加速度传感器如图8(a)样式放置时，x轴输出为Voutx-A，y轴输出为Vouty-A；加速度传感器如图8(b)样式放置时，x轴输出为Voutx-B，y轴输出为Vouty-B，测试方向y轴传感量为：

x横轴传感量为：

所以当倾斜角传感器倾斜为某一角度时，x横轴数据经y轴进行传感补偿后的值为：

式中：xoutComp为补偿后的x轴数据；Vouty-axis为x轴测量数据；Vouty-axis为y轴测量数据；Voffsety为y轴数据偏移值。同样，z轴数据对x轴数据进行补偿后得到x轴数据的校准值。
4．3 数据融合
SCA3000工作在测量模式下时，传感器输出数据速率为260 Hz，0．37 s就可以产生一次输出缓冲存储器半满中断。所以在倾斜角度变化不是很剧烈的情况下，可以对每一输出缓冲存储器中数据进行加权平均求得倾斜角度。

5 软件设计
程序主要分三部分，主程序main，倾斜角计算子程序tlitcalculate和校准子程序calibrate，在对SCA3000进行操作时，还要调用SPI读写程序，在对ZLG7290进行操作时调用I2C读写子程序。

如图9所示，在倾斜角传感器第一次使用前必须对其进行校准，包括测量各轴的零点偏移，各轴的横轴传感量，当PO．1置高时进入校准状态。在校准中，PO．9＆PO．10＆PO．11=000时，将SCA3000按z轴垂直向上放置；PO．9＆P0．10＆P0．11=001时，将SCA3000按z轴垂直向下放置；PO．9＆P0．10＆P0．11=OlO时，将SCA3000按x轴垂直向上放置；P0．9＆PO．10＆PO．11=01l时，将SCA3000按x轴垂直向下放置；P0．9＆PO．10＆P0．11=100时，将SCA3000按y轴垂直向上放置；P0．9＆P0．10＆P0．11=101时，将SCA3000按y轴垂直向下放置。综合各个状态时的数据完成零点偏移和横轴传感量计算。实际运用中，SCA3000安装在平台上时不可能保持xy轴与平台完全平行，z轴完全垂直平台。所以在进行测量前必须取得平台水平放置时SCA3000的输出值，将其设为初始值保存于FLASH中。
在倾斜角计算中。首先读数据进行零点偏移补偿和横轴传感补偿，接着对严重污染的数据丢弃，进行数据融合，再判断倾斜角度大小。当角度较小时，利用两轴数据进行计算，当角度过大时运用三轴数据进行计算。
主程序中，采用定时器中断和SCA3000缓存器中断两个中断对SCA3000数据进行读写。保证数据的实时性。

6 结语
本文基于三轴加速度计SCA3000和ARM处理器芯片LPC2210设计了一种三轴倾斜角智能传感器，它具有全方位和全摆幅的特点。本文对两轴、三轴加速度计测量倾斜角的原理进行了分析，采用两轴、三轴数据的合理运用，实现精度高、抗噪性能强的倾斜角传感器的研究。
对传感器数据采用零点偏移补偿，横轴传感量补偿，进一步提高了数据的精度。采用SPI接口实现传感器与微控制器间的通信，采用定时器中断和SCA3000缓存器中断两个中断唤起对传感器数据的读／写，实现对传感器数据读速度可控。