数字式MEMS加速度传感器在车载导航中的应用

文章摘要：摘 要：提出一种基于数字式MEMS 加速度传感器ADXL 202JE，设计了应用此传感器来判断车辆是否位于高架上的全数字式装置。分析了整个系统硬件的特点，结合实际测量结果，设计了相应的软件算法，并进一步论述了提高测量精度的方法，最后通过实际车载实验验证了设计的正确性。 关键词：加速度传感器；占空比调制；倾斜角测量 引 言 随着定位导航技术的飞速发展，车载导航系统在相关领域得到了越来越广泛的应用。车载导航系统的功能是帮助用户确定车辆位置并提供正确的操作指示，因此定位的精确程度成为衡量一套系统性能优劣的重要指标。目前，随着城市道路的发展，

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摘    要：提出一种基于数字式MEMS 加速度传感器ADXL 202JE，设计了应用此传感器来判断车辆是否位于高架上的全数字式装置。分析了整个系统硬件的特点，结合实际测量结果，设计了相应的软件算法，并进一步论述了提高测量精度的方法，最后通过实际车载实验验证了设计的正确性。 

        关键词：加速度传感器；占空比调制；倾斜角测量 

        引    言 

        随着定位导航技术的飞速发展，车载导航系统在相关领域得到了越来越广泛的应用。车载导航系统的功能是帮助用户确定车辆位置并提供正确的操作指示，因此定位的精确程度成为衡量一套系统性能优劣的重要指标。目前，随着城市道路的发展，高架路日益成为城市交通的枢纽，因此如何对车辆是否位于高架上的定位成为了车载导航系统急需解决的问题。常用的GPS 卫星定位虽然可以测量高度，但是误差却在100m左右，无法达到高架一般几米的要求，所以直接测量的方法是很难满足的。 

        这里使用国外成熟的加速度计器件ADXL 202JE，通过测量车辆上下高架时的倾斜角变化，结合GPS定位来判断车辆是否位于高架上。 

        系统设计 

        测量原理 
        ADXL 202JE采用先进的MEMS技术，在同一硅片中刻蚀了一个多晶硅表面微机械传感器，并集成了一套精密的信号处理电路，如图1 所示。 

        图1　ADXL 202 功能结构框图 

        传感器主要是由一个利用表面微机械加工的多晶硅机构和一个差动电容器组成。在加速度的作用下，多晶硅结构会产生偏移使电容值发生变化。在信号处理电路中(如图1) ，差动电容器的变化信号由解调器解调后通过一个RC 滤波器(由内部R_Fy，R_Fy和外部C_Fy，C_Fy构成) 送到占空比调制器中，由调制器转换为占空比与加速度成正比的方波，方波的周期(T₂) 可以通过R_S 确定。这个方波可以直接送到单片机进行处理，通过使用计数器测量方波周期T₂ 以及脉冲的宽度T₁ (如图2) ，从而得到加速度的值。 

        图2　ADXL 202JE 输出波形示意图 

        加速度: a= (T₁/T₂- u_0g)/u_1g式中：T₂ 由占外接电阻器R_S 确定，其关系为T₂= R_S/125兆欧； u_0g为0g 对应的占空比，其典型值是50%； u_1g表示1g 加速度变化引起的占空比变化值，对于ADXL 202JE，1g的典型值是12.5%。 

        硬件设计 
        如图3，系统主要包括三个部分。 

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