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中北大学2009届毕业设计说明书
较产生中断触发信号和进行简单数据量化处理以提供给AT89C51单片机进行实时的数据处理。AT89C51单片机机实现数据采集、存储、处理、传输,采用Keil C51完成软件设计。数据输出部分通过串行通信方式完成振动数据的存储、将数据传输到PC机进行数据分析,构成了一个振动测试系统。
加速度传感器 放大电路 双向检波电路 A/D采集电路 电压比较电路 单片机电路 串行接口电路 存储器电路 D/A转换电路 PC机 模拟输出电路 图2.5 系统结构图
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3 系统硬件设计
振动测试系统的整体硬件电路如图3.1所示:系统以AT89C51为核心控制器,包括信号放大电路、AD采集电路、双向检波电路、电压比较电路、模拟输出电路和存储器电路,下面就每个模块详细介绍:
ADXL150加速度传感器 ADS774 P0.0~P0.3 P1.0~P1.7 LM358 放大电路 P2.0~P2.7 AT89C51 TXD RXD LM358 检波电路 LM393 电压比较 INTO P3.6 P3.7 24CXX 存储器电路 RS-232C 串行接口 AD7542 模拟输出 键盘输入
图3.1 系统的硬件连接图
3.1 ADXL150加速度传感器 3.1.1 ADXL150简述
ADXL150是美国模拟器件公司(ANALOG DEVICE)生产的低噪声、低功耗、单轴微MEMS加速度传感器。该器件内部有时钟源、增益放大器、同步解调系统、输出缓冲运放、二阶滤波器和自检系统。可编程控制量程为±25g或±50g,80分贝的动态范围,测量分辨率小于10mg,通过设置Vout和OFFSET NULL端口跳线可以将输出比例系数从38mV/g调节到76mV/g。在工业级温度范围内0g温漂小于0.4g。在使用时外部仅需要一个旁路电容[6]。 3.1.2 ADXL150的封装形式
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ADXL150的管脚排列如图3.2所示,COMMON为公共接地端;ZERO g ADJ为0g调节端;SELF-TEXT为自检端,当其输入为高电平时芯片进入自检模式;Vout为信号输出端,此端可直接连接ADC进行模数转换;Vs为电源输入端。
图3.2 ADXL150的封装形式
3.1.3 ADXL150内部结构
ADXL150内部结构图3.3所示,主要由5部分组成:敏感元件、增益放大、时钟源、同步解调、缓冲放大器。
图3.3 ADXL150的内部结构图
(1)敏感元件
敏感元件时通过在氧化层上沉积多晶硅,然后经过蚀刻形成的。
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图3.4 敏感元件结构图
图3.4是一个简化的敏感元件结构图。实际传感器由42个这样的晶胞检测加速度。中间横梁由于加速度左右而移动,引起板间电容改变,最后转换为电压输出。 (2)ADXL150中的增益放大运放是将敏感元件输出的信号进行放大以便测量。 (3)ADXL150加速度传感器的时钟源主要为敏感元件和同步解调电路提供100kHz的时钟信号。
(4)同步解调系统能够抑制除敏感元件信号外的所有信号,能够时传感器不受电磁干扰和无线电频率干扰。
(5)缓冲放大器可以调节传感器的输出比例系数,正常情况下为38mV/g。 3.1.4 ADXL150基本电路
可以采用外接电源与地之间接0.1uF去耦电容供电。通过调节R1b可以增加输出精度,调节RT可改变直流偏置,通常将0g时的输出调节到2.5v[17]。
图3.5 基本电路
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