ADALM2000實驗：雙軸傾斜感測器

作者：ADI 系統設計/架構工程師Andreea Pop, Antoniu Miclaus和系統應用工程師 Doug Mercer


目標

本次實驗的目標是使用ADXL327建構一個簡單的傾斜感測器，並觀察輸出電壓如何隨x軸和y軸上的傾斜度而變化。

使用ADXL327的傾斜感測器

背景知識

傾斜感測器用於測量參考平面的多個軸上的傾斜度。這些感測器可產生與相對於軸的傾斜度成比例的電訊號。傾斜位置參考重力進行測量，透過傾斜位置就可以輕鬆檢測方向或傾斜度。

在本次實驗中，我們將使用ADXL327加速度計監測x和y兩個軸上的傾斜度。該積體電路的功能框圖如圖1所示。

Figure 1. Functional block diagram of the ADXL327.
圖1.ADXL327的功能框圖

ADXL327為一款完整的精巧尺寸、低功耗、三軸加速度計，提供經過訊號處理的電壓輸出，其可以測量傾斜檢測應用中的靜態重力加速度，以及運動、衝擊或振動導致的動態加速度。輸出訊號為類比電壓，與加速度成比例。ADXL327採用單一結構感測x、y和z軸。因此，這三個軸的感測方向具有很高的正交特性且跨軸靈敏度很低。

Figure 2. Axes of acceleration sensitivity.
圖2.加速度靈敏度軸

材料


  • ADALM2000主動學習模組
  • 無焊試驗板和跳線套件
  • 一個ADXL327加速度計
  • 兩個0.047μF電容
  • 一個0.1 μF電容
  • 兩個AD8561比較器
  • 四個LED
  • 四個100 Ω電阻

硬體設定

首先，在無焊試驗板上建構圖1所示的電路。將 CDC 電容放置在ADXL327電源接腳附近，以使加速度計充分退耦，進而消除電源雜訊。對於大多數應用，單個0.1 μF電容比較適當。 XOUT和YOUT接腳必須增加電容，以便利用低通濾波實現抗混疊和雜訊抑制。請參閱ADXL327產品手冊，瞭解如何選擇這些電容的值。對於此應用，可以使用0.047 μF濾波電容。試驗板連接如圖3所示。

Figure 3. The ADXL327 tilt sensor breadboard connections.
圖3.ADXL327傾斜感測器試驗板連接

程式步驟

打開3 V正電源，監視示波器通道1上的 YOUT和通道2上的YOUT。在所有電源電壓下，零g偏置輸出標稱值等於 VS/2 。在本例中，可看到大約1.5 V的偏置訊號。如果在x或y軸上以不同角度傾斜試驗板，輸出電壓將隨著感測到的運動成比例地增大或減小。

具有LED指示燈的傾斜感測器

背景知識

我們在示波器上監測ADXL327加速度計的輸出電壓。使用AD8561比較器和LED，可以使傾斜感測器在傾斜度發生變化或感測到振動時發送光訊號。每個軸使用一個AD8561比較器。兩個軸上的零 g 偏置輸出相似，並且將作為兩個比較器的基準。比較器的兩路輸出上各連接一個LED。兩個輸出訊號相反，因此一次只有一個LED啟動。

Figure 4. A zero g bias output.
圖4.零g偏置輸出

硬體設定

在無焊試驗板上，為加速度計的每路輸出增加兩個比較器和兩個LED（具有相應的限流電阻）。電路原理圖如圖5所示，試驗板連接如圖6所示。

Figure 5. A circuit schematic of a tilt sensor with LEDs.
圖5.帶LED的傾斜感測器的電路原理圖
Figure 6. Breadboard connections for a tilt sensor with LEDs.
圖6.帶LED的傾斜感測器的試驗板連接

程式步驟

在此種情況下，我們需要將兩個比較器的電源V+和V-設定為±5 V。訊號產生器通道1 (W1)將設定為恆定的3 V波形，並用於ADXL327的 VS。訊號產生器的第二通道(W2)將用於比較器的基準輸入，其值必須設定為大約等於零 g 輸出偏置。這個值之前已針對加速度計的兩路輸出進行過測量（圖4）。如此，每次感測到傾斜度變化且電壓改變時，比較器的輸出都會改變其狀態，進而相應地點亮LED。示波器只有兩個通道可用，因此我們可以一次分析加速度計的一個輸出電壓，但LED會亮起並指示x軸和y軸有變化。 XOUT 連接到通道1，W2產生的基準電壓連接到通道2。

Figure 7. Zero g bias XOUT and reference.
圖7.零g偏置 XOUT 和基準

如果在x軸上向右傾斜試驗板，比較器的輸入電壓將低於基準電壓，因此/OUT接腳將處於高位準，進而點亮相應的LED。

Figure 8. An x-axis right tilt corresponding voltage.
圖8.x軸向右傾斜對應的電壓

如果傾斜方向相反，即向左傾斜，則比較器的輸入電壓高於基準電壓，OUT接腳變為高位準，與其連接的LED點亮。

Figure 9. An x-axis left tilt corresponding voltage.
圖9.x軸向左傾斜對應的電壓

問題：

  1. 改變CDC的值會對電路產生什麼影響？
  2. 2. 用戶為什麼要限制頻寬？限制 XOUT、YOUT和 ZOUT頻寬的標準是什麼？

答案可以在 學子專區部落格上找到。