基于三軸重力加速度的傾斜角傳感器

1、2021-7-25 傾斜角傳感器在汽車上的應(yīng)用傾斜角傳感器在汽車上的應(yīng)用 2021-7-25 概要 1 1、傾斜角傳感器的定義及說(shuō)明、傾斜角傳感器的定義及說(shuō)明 2 2、傾角傳感器簡(jiǎn)介、傾角傳感器簡(jiǎn)介 3 3、傾斜角傳感器的應(yīng)用、傾斜角傳感器的應(yīng)用 4 4、傾角傳感器發(fā)展趨勢(shì)與產(chǎn)品現(xiàn)狀、傾角傳感器發(fā)展趨勢(shì)與產(chǎn)品現(xiàn)狀 5 5、介紹三種常見(jiàn)的傳感器介紹三種常見(jiàn)的傳感器 6 6、傾斜角傳感器設(shè)計(jì)實(shí)例、傾斜角傳感器設(shè)計(jì)實(shí)例 7 7、參考文獻(xiàn)、參考文獻(xiàn) 2021-7-25 1.傾斜角傳感器的定義 傾角傳感器可以用來(lái)測(cè)量相對(duì)于水平面的傾角變化量。理論基 礎(chǔ)就是牛頓第二定律，根據(jù)基本的物理原理，在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部

2、 ，速度是無(wú)法測(cè)量的，但卻可以測(cè)量其加速度。如果初速度已 知，就可以通過(guò)積分計(jì)算出線速度，進(jìn)而可以計(jì)算出直線位移 。所以它其實(shí)是運(yùn)用慣性原理的一種加速度傳感器。 2.傾角傳感器簡(jiǎn)介 傾角傳感器經(jīng)常用于系統(tǒng)的水平距離和物體的高度的測(cè)量，從工作原理上可分為固 體擺式、液體擺式、氣體擺式三種傾角傳感器，這三種傾角傳感器都是利用地球萬(wàn) 有引力的作用，將傳感器敏感器件對(duì)大地的姿態(tài)角，即與大地引力的夾角 (傾 角)這 一物理量，轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)或脈沖信號(hào)，他們的原理分別介紹如下: 1.固體擺式傾角傳感器 2.液體擺式傾角傳感器 3.氣體擺式傾角傳感器 2.1 固體擺式傾角傳感器 固體擺在設(shè)計(jì)中廣泛采用力平衡

3、式伺服系統(tǒng)，如圖1所示，其由擺錘、擺線、支架 組成，擺錘受重力G和擺拉力T的作用，其合外力F為： 式中的為擺線與垂直方向的夾角。在小角度范圍內(nèi)測(cè)量時(shí)，可以認(rèn)為F與成線性 關(guān)系。如應(yīng)變式傾角傳感器就是基于此原理。 2.2 液體擺式傾角傳感器 液體擺的結(jié)構(gòu)原理是在玻璃殼體內(nèi)裝有導(dǎo)電液，并有三根鉑電極和外部相連接，三 根電極相互平行且間距相等，如圖2所示。當(dāng)殼體水平時(shí)，電極插入導(dǎo)電液的深度 相同。如果在兩根電極之間加上幅值相等的交流電壓時(shí)，電極之間會(huì)形成離子電流 ，兩根電極之間的液體相當(dāng)于兩個(gè)電阻RI3所示，左邊電極浸入深度小，則導(dǎo)電液 減少，導(dǎo)電的離子數(shù)減少，電阻RI減少，即RIRIII。反之，若

4、傾斜方向相反，則RI RIII。增大，相對(duì)極則導(dǎo)電液增加，導(dǎo)電的離子數(shù)增加，而使電阻RIII和RIII。若 液體擺水平時(shí)，則RIRIII。當(dāng)玻璃殼體傾斜時(shí)，電極間的導(dǎo)電液不相等，三根電 極浸入液體的深度也發(fā)生變化，但中間電極浸入深度基本保持不變。 2.2 液體擺式傾角傳感器 在液體擺的應(yīng)用中也有根據(jù)液體位置變化引起應(yīng)變片的變化，從而引起輸出電信號(hào) 變化而感知傾角的變化。在實(shí)用中除此類型外，還有在電解質(zhì)溶液中留下一氣泡， 當(dāng)裝置傾斜時(shí)氣泡會(huì) 運(yùn)動(dòng)使電容發(fā)生變化而感應(yīng)出傾角的 “液體擺 ”。 2.3 氣體擺式傾角傳感器 氣體在受熱時(shí)受到浮升力的作用，如同固體擺和液體擺也具有的敏感質(zhì)量一樣，熱 氣流

5、總是力圖保持在鉛垂方向上，因此也具有擺的特性。“氣體擺”式慣性元件由 密閉腔體、氣體和熱線組成。當(dāng)腔體所在平面相對(duì)水平面傾斜或腔體受到加速度的 作用時(shí)，熱線的阻值發(fā)生變化，并且熱線阻值的變化是角度q或加速度的函數(shù)，因 而也具有擺的效應(yīng)。其中熱線阻值的變化是氣體與熱線之間的能量交換引起的。 2.3 氣體擺式傾角傳感器 氣體擺式檢測(cè)器件的核心敏感元件為熱線 。 電流流 過(guò)熱線，熱線產(chǎn)生熱量，使熱線保持一定的溫度。熱線的溫度高于它周圍氣 體的溫度，動(dòng)能增加 ，所以氣體向上流動(dòng) 。在平衡狀態(tài)時(shí)如圖4(a)所示，熱線處 于同一水平面上，上升氣流穿過(guò)它們的速度相同，即V7）可知，流過(guò)熱線的電流也 相同，電

6、橋平衡。當(dāng)密閉腔體傾斜時(shí)，熱線相對(duì)水平面的高度發(fā)生了變化，如圖 4(b)所示，因?yàn)槊荛]腔體中氣體的流動(dòng)是連續(xù)的，所以熱氣流在向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中 ，依次經(jīng)過(guò)下部和上部的熱線。若忽略氣體上升過(guò)程中克服重力的能量損失，則穿 過(guò)上部熱線的氣流已經(jīng)與下部熱線的產(chǎn)生熱交換，使穿過(guò)兩根熱線時(shí)的氣流速度不 同，這時(shí)VV2，因此流過(guò)兩根熱線的電流也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，所以電橋失去平 衡，輸出一個(gè)電信號(hào)。傾斜角度不同，輸出的電信號(hào)也不同。 2.4 固、液、氣體擺性能比較 就基于固體擺 、液體擺及氣 體擺 原理研制 的傾 角傳感器而言，它們各有所長(zhǎng)。 在重力場(chǎng)中，固體擺的敏感質(zhì)量是擺錘質(zhì)量，液體擺的敏感質(zhì)量是電解液，而

7、氣體 擺的敏感質(zhì)量是氣體。氣體是密封腔體內(nèi)的唯一運(yùn)動(dòng)體，它的質(zhì)量較小，在大沖擊 或高過(guò)載時(shí)產(chǎn)生的慣性力也很小，所以具有較強(qiáng)的抗振動(dòng)或沖擊能力。但氣體運(yùn)動(dòng) 控制較為復(fù)雜，影響其運(yùn)動(dòng)的因素較多，其精度無(wú)法達(dá)到軍用武器系統(tǒng)的要求。固 體擺傾角傳 感器有 明確 的擺長(zhǎng)和擺心，其機(jī)理基本上與加速度傳感 器相 同。在 實(shí)用中產(chǎn)品類型較多如電磁擺式，其產(chǎn)品測(cè)量范圍、精度及抗過(guò)載能力較高，在武 器系統(tǒng)中應(yīng)用也較 為廣泛。液體擺傾角傳感器介于兩者之間，但系統(tǒng)穩(wěn)定，在高精 度系統(tǒng) 中，應(yīng)用較為廣泛 ，且國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品多為此類。 3.傾斜角傳感器的應(yīng)用 高層建筑安全監(jiān)測(cè) 目前世界上摩天大樓越來(lái)越多，為了監(jiān)測(cè)大樓的安全性

8、能，可以應(yīng)用SSA03系列高 精度傾角傳感器，該系列傾角傳感器可以感應(yīng)微小角度的變化， 可以用于大樓擺幅、震動(dòng)、傾斜等監(jiān)測(cè)。 汽車四輪定位 隨著電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，汽車的安全性、舒適性和智能性越來(lái)越高。汽車側(cè)向 傾斜角度傳感器的應(yīng)用是防止汽車在行駛中發(fā)生傾翻事過(guò)的一種有效方法。是提高 汽車安全性的重要措施，特別是越野車。雙層客車等重心較高的 汽車更有必要性。汽車傾翻的實(shí)質(zhì)是：行駛中向外的傾翻力矩大于向里的穩(wěn)定力矩 ，當(dāng)重心高度一定時(shí)，傾斜力矩油傾翻力（向外的側(cè)向力）決定。 軌檢儀 目前的 軌道測(cè)量方式智能程度差,測(cè)量 精度低,操作時(shí)間長(zhǎng),迫切需要設(shè)計(jì)一種適用于 一般工務(wù)段使用的便攜式智能化軌

9、道檢測(cè)儀傾角傳感器用于軌檢儀，用于實(shí)時(shí)檢測(cè) 鐵道的傾斜度和高度差 輸電線鐵塔傾斜智能監(jiān)測(cè) 輸電 線鐵塔的倒塌事件時(shí)有發(fā)生，一旦發(fā)生倒塌，將會(huì)造成巨大的損失，傾角傳感 器應(yīng)用于輸電線鐵塔傾斜角度監(jiān)測(cè)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸電線傾斜角度，一旦因?yàn)榇箫L(fēng) 等自然災(zāi)害導(dǎo)致傾斜角度過(guò)大，實(shí)時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，由工作人員維修減少損失。 大壩安全監(jiān)測(cè) 大壩垮塌事故已經(jīng)發(fā)生過(guò)，為了及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，減少財(cái)產(chǎn)損失，通過(guò)傾角傳感 器的監(jiān)測(cè)、觀測(cè)儀器和設(shè)備，以及時(shí)取得反映大壩和基巖性態(tài)變化以及環(huán)境對(duì)大壩 作用的各種數(shù)據(jù)的觀測(cè)和資料處理等工作。其目的是分析估計(jì)大壩的安全程度，以 便及時(shí)采取措施，設(shè)法保 證大壩安全運(yùn)行 傾角傳感器其

10、他應(yīng)用 地理: 山體滑坡，雪崩 民用: 大壩，建筑，橋梁，玩具，報(bào)警，運(yùn)輸 工業(yè)：吊車，吊架，收割機(jī)，起重機(jī)，稱重系統(tǒng)的傾斜補(bǔ)償，瀝青 機(jī)鋪路機(jī)、攤鋪機(jī)等 火車：高速列車轉(zhuǎn)向架和客車車廂的傾斜測(cè)量 海事：縱傾和橫滾控制，油輪控制，天線位置控制、帆船姿態(tài)校準(zhǔn) 鉆井：精確鉆井傾斜控制 機(jī)械：傾斜控制，大型機(jī)械對(duì)準(zhǔn)控制，彎曲控制，起重機(jī) 高校：機(jī)器人姿態(tài)控制，各種科研項(xiàng)目 競(jìng)賽：機(jī)器人競(jìng)賽、電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、挑戰(zhàn)杯競(jìng)賽等各種競(jìng)賽 典型應(yīng)用：汽車四輪定位儀、鐵道軌距尺、水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)用傾斜 儀、機(jī)器人控制。 4. 傾角傳感器發(fā)展趨勢(shì)與產(chǎn)品現(xiàn)狀: 目前生產(chǎn)傾角傳感器的廠商較少，但就產(chǎn)品而言，單軸傾角傳感器

11、居多，且分辨率較高。就 國(guó)內(nèi)產(chǎn)品而言，傳感器與電路集成較少，且大多只提供模擬量輸 出。就傳感器發(fā)展?fàn)顩r而言 ，從收集資料看，北京信息工程學(xué)院的產(chǎn)品在小型化及產(chǎn)品精度等指標(biāo)方面較領(lǐng)先，如膜電 位傾角傳感器。就網(wǎng)絡(luò)查詢反饋看 ，產(chǎn)品主要集中在歐美幾家大公司， 在國(guó)內(nèi)普遍應(yīng)用較廣 的有如芬蘭的VTI公司、德國(guó)的西門子公司 、英國(guó)Clino公司、美國(guó)的 CrossBow Technology公司、Atmos工程公司 、Fredericks公司以及美國(guó)數(shù)字公司。就國(guó)外產(chǎn)品種類而 言， 其數(shù)量也較少，但從數(shù)字化、小型化、精度、重量、使用溫度范圍及線性度等指標(biāo)而言 ，具有較高的實(shí)用價(jià)值 。如 LS系列產(chǎn)品分

12、辨率可達(dá)到1.8，英國(guó)Clino公 司SP系列產(chǎn)品高度 只有22rnm，特殊的可達(dá)到16mm，可用于一些特殊場(chǎng)合 。CrossBow 公司CXTA、美國(guó)數(shù)子 公司A2產(chǎn)品均屬于數(shù)字產(chǎn)品，可以通過(guò)接口板直接與計(jì)算機(jī)相連。同時(shí)在查閱的過(guò)程中可以 看出，加速度傳感器由于其動(dòng)態(tài)性能好，精度高，因此在傾角測(cè)量中也得到廣泛的應(yīng)用。 5.介紹三種常見(jiàn)的傳感器 MEMS高精度單軸傾角傳感器SCA103T-D05 5.1 MEMS高精度單軸傾角傳感器SCA103T-D05 產(chǎn)品介紹： 高精度單軸傾角傳感器SCA103T-D05是基于3D MEMS的高精度單軸傾角傳感器， 它提供了水平測(cè)量?jī)x表級(jí)別的性能。傳感器的

13、傳感元件在測(cè)量時(shí)需要與測(cè)量平臺(tái)保 持平行，并且傳感器雙軸需相互垂直。低溫度依賴性、高分辨率、低噪聲和健全的 傳感元件設(shè)計(jì)讓SCA103T-D05傾角傳感器成為水平測(cè)量?jī)x器的不二選擇。VTI的傾 角傳感器對(duì)于振動(dòng)不靈敏，因?yàn)樗麄兌荚趥鞲性?nèi)部增加了阻尼，并且能承受高 達(dá)20，000g的機(jī)械沖擊力。 5.1 MEMS高精度單軸傾角傳感器SCA103T-D05 詳細(xì)參數(shù)： 型號(hào)：SCA103T-D05 軸數(shù)：1軸 帶寬：828Hz 靈敏度：8V/g，3277LSB/g 溫漂：0.002/ 量程：0.5g 輸出方式：SPI，模擬 供電電源：4.75V5.25V 功耗：5mA max 5.1 MEMS

14、高精度單軸傾角傳感器SCA103T-D05 SCA103T-D05優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)： 最高精度的MEMS單軸傾角傳感器 全溫區(qū)、長(zhǎng)期保持高穩(wěn)定性 Ug級(jí)別的分辨率 能遭受超過(guò)20，000g的沖擊 傳感器元件做了機(jī)械阻尼設(shè)計(jì)，可忽略掉振動(dòng)的影響。 多種方式的自我診斷設(shè)計(jì)，方便工程調(diào)試設(shè)計(jì) 非常容易使用 使用標(biāo)準(zhǔn)的雙排針?biāo)芰媳碣N封裝。 不需要編程，不需要進(jìn)行再校正。 內(nèi)部增加溫度補(bǔ)償傳感器。 僅需一個(gè)5V直流供電。 同時(shí)具有模擬和數(shù)字輸出（SPI）接口。 5.1 MEMS高精度單軸傾角傳感器SCA103T-D05 SCA103T-D05應(yīng)用范圍: 平臺(tái)水準(zhǔn)測(cè)量與穩(wěn)定 水準(zhǔn)儀器 旋轉(zhuǎn)激光儀 施工水準(zhǔn)設(shè)備 5

15、.2 BOSCH數(shù)字式三軸加速度傳感器BMA250 產(chǎn)品介紹： Bosch Sensortec的BMA250是為電子消費(fèi)市場(chǎng)設(shè)計(jì)的一款數(shù)字輸出的低功耗三軸 加速度傳感器，BMA250加速度傳感器2mmX2mm的小型封裝和數(shù)字接口使其滿 足眾多消費(fèi)電子制造商的需求，尤其是在便攜式手持設(shè)備上。BMA250加速度傳感 器具有從2g到16g四個(gè)可編程的測(cè)量范圍，提供應(yīng)用程序設(shè)計(jì)者更多的開(kāi)發(fā)彈 性，較高的測(cè)量精度，其十位的數(shù)據(jù)可提供最高精確度小于4mg 5.2 BOSCH數(shù)字式三軸加速度傳感器BMA250 詳細(xì)參數(shù): 型號(hào)：BMA250 軸數(shù)：三軸 帶寬：8Hz1000Hz 靈敏度：32LBS/g 25

16、6LBS/g 溫漂：0.5 量程：2g16g 輸出方式：SPI，I2C 供電電源：1.2V3.6V 功耗：139uA 5.2 BOSCH數(shù)字式三軸加速度傳感器BMA250 優(yōu)勢(shì)特點(diǎn): 2mmX2mmX0.95mm的小尺寸 四個(gè)可選量程2g,4g,8g,16g 低功耗139uA 1.2V3.6v供電電壓 數(shù)字I2C和SPI接口 R0HS保護(hù) 5.3 VTI三軸加速度傳感器SCA3000-D1 產(chǎn)品介紹 VTI SCA3000-D1是基于VTI的3D-MEMS電容傳感器技術(shù)的高精度三軸數(shù)字加速度 傳感器。 SCA3000-D1由三個(gè)高精度微電機(jī)加速度傳感元件和一個(gè)靈活的SPI數(shù)字 接口組成。傳感器

17、的雙排引腳封裝保證在 SCA3000-D1整個(gè)生命周期安全可靠的工 作。 VTI SCA3000-D1三軸加速度傳感器在整個(gè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和測(cè)試階段都是以高穩(wěn)定性 、高可靠性、高質(zhì)量來(lái)要求的，它的目標(biāo)市場(chǎng)是汽車應(yīng)用。這個(gè)三軸加速度傳感器 在工作范圍內(nèi)具有極期穩(wěn)定的輸出（包括全溫區(qū)，濕度和機(jī)械噪聲環(huán)境下）。 5.3 VTI三軸加速度傳感器SCA3000-D1 詳細(xì)參數(shù)： 電源電壓：2.35v3.6v 量程：2g 輸出方式：SPI數(shù)字串口通信 （64組緩沖存儲(chǔ)器記錄數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)一級(jí)上面，有先 進(jìn)的性能和有效節(jié)能方式。） 能耗: 2.5v,480uA MAX 尺寸：771.8mm 5.3 VTI三軸加速

18、度傳感器SCA3000-D1 優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)： 1. VTi的SCA3000三軸加速度傳感器開(kāi)創(chuàng)了傳感器技術(shù)的新標(biāo)準(zhǔn)。SCA3000能耗非 常低，性能高，開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單，易于集成到各種應(yīng)用當(dāng)中去。 2. SCA3000-D01和D02在一些利用電池運(yùn)行的環(huán)境當(dāng)中有成功的應(yīng)用。應(yīng)用包括 各種終端的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，報(bào)警系統(tǒng)，以及導(dǎo)航補(bǔ)償和傾斜測(cè)量。 3. SCA3000E01，E02，E04，E05是超低功耗的查破。這對(duì)于手持設(shè)備有相當(dāng)?shù)?便利。相關(guān)的應(yīng)用包括計(jì)步器，體育運(yùn)動(dòng)當(dāng)中的監(jiān)測(cè)器，游戲的輸出設(shè)備，以及電 子羅盤的傾斜補(bǔ)償。 5.3 VTI三軸加速度傳感器SCA3000-D1 應(yīng)用范圍： 1.移動(dòng)終端的運(yùn)動(dòng)檢

19、測(cè)和防盜系統(tǒng)，醫(yī)療系統(tǒng) 2.慣性導(dǎo)航，各種需要運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的系統(tǒng)數(shù)字傾角儀中的傾斜感應(yīng) 3.電子羅盤中的傾角補(bǔ)償 6. 傾斜角傳感器設(shè)計(jì)實(shí)例 對(duì)于軸加速度傳感器,當(dāng)它的傳感方向和重力加速度方向一致時(shí),假如此時(shí)為零傾斜角度,設(shè)加速度傳感器測(cè)量結(jié)果為F() ,為 傾斜角度, g為重力加速度 對(duì)F求導(dǎo) 當(dāng)時(shí)， 所以當(dāng)傾斜角太小時(shí),測(cè)量的分辨率就會(huì)太小,當(dāng)角度足夠大時(shí)精度才會(huì)上升。所以對(duì)一軸傾斜角傳感器的運(yùn)用是:把它的傳感 方向與重力加速度方向垂直時(shí)的狀態(tài)設(shè)為零傾斜角度 為方便進(jìn)行空間直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換原理的演示，這里選取Y、Z兩軸作為數(shù)據(jù)的測(cè)量軸，X軸方向的角度則為相應(yīng)的傾角。為測(cè) 得X軸傾角，需要得到Y(jié)、

20、Z兩軸的數(shù)據(jù)： 6.1傳感器的放置與數(shù)據(jù)測(cè)量： 6.2 坐標(biāo)被動(dòng)變換與實(shí)際傾角的測(cè)量 請(qǐng)大家思考，如果是三軸傳感器，如何計(jì)算空間的傾角？ 兩種方法： 1.直接讀取第三軸的電壓值，主控板通過(guò)查表法將電壓值解析為角度值 2.讀取剩余兩軸的電壓值，通過(guò)坐標(biāo)換算，間接獲取傾角 6.2 坐標(biāo)被動(dòng)變換與實(shí)際傾角的測(cè)量 三軸軸加速度傳感器，這里將其兩軸命名為Y、Z作為數(shù)據(jù)的測(cè)量軸（方便后面的三 軸傳感器的說(shuō)明），則剩余的X軸方向的角度則為相應(yīng)的傾角。為測(cè)得X軸傾角，需 要得到Y(jié)、Z兩軸的數(shù)據(jù)： 思考，如何通過(guò)兩個(gè)已知量計(jì)算x軸的傾角？ 6.2 坐標(biāo)被動(dòng)變換與實(shí)際傾角的測(cè)量 欲考慮三維平面先從二維平面考慮：

21、將上述的平面坐標(biāo)系逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度 由（x1，x2），就已經(jīng)變?yōu)榱耍▁1，x2） 6.2 坐標(biāo)被動(dòng)變換與實(shí)際傾角的測(cè)量 將上面兩個(gè)圖片重疊觀察，下圖 新的x1坐標(biāo) OC 等于x1在 x1 軸上投影OA 加上x(chóng)2在x1 軸上的投影 新的x2坐標(biāo) OE 等于x2在 x2 軸上投影OD 減去x1在x2 軸上的投影 6.2 坐標(biāo)被動(dòng)變換與實(shí)際傾角的測(cè)量 將上面兩個(gè)圖片重疊觀察，下圖 新的x1坐標(biāo) OC 等于x1在 x1 軸上投影OA 加上x(chóng)2在x1 軸上的投影 AC 新的x2坐標(biāo) OE 等于x2在 x2 軸上投影OD 減去x1在x2 軸上的投影 OF -1 -2 6.2 坐標(biāo)被動(dòng)變換與實(shí)際傾角的測(cè)

22、量 -1 -2 如果把xi軸與xj軸之間的夾角的余弦值用下面的符號(hào)表示： 那么1、2兩組公式可以等價(jià)寫作： -3 -4 通過(guò)上的3、4式，推廣到3維空間直角坐標(biāo)系 可以有： -5 6.2 坐標(biāo)被動(dòng)變換與實(shí)際傾角的測(cè)量 引入記號(hào)： 則 方程 可以寫作： -6 6.2 坐標(biāo)被動(dòng)變換與實(shí)際傾角的測(cè)量 現(xiàn)在回到實(shí)際的問(wèn)題，如何計(jì)算下圖中的三維空間的傾角？ 6.2 坐標(biāo)被動(dòng)變換與實(shí)際傾角的測(cè)量 可做兩次坐標(biāo)軸變換分解： 6.2 坐標(biāo)被動(dòng)變換與實(shí)際傾角的測(cè)量 先單獨(dú)圍繞Z軸做旋轉(zhuǎn)：可以得到下面X，Y，Z的新的空間坐標(biāo)系 6.2 坐標(biāo)被動(dòng)變換與實(shí)際傾角的測(cè)量 再單獨(dú)圍繞Y軸做旋轉(zhuǎn)：可以得到下面X，Y，Z的新

23、的空間坐標(biāo)系 6.2 坐標(biāo)被動(dòng)變換與實(shí)際傾角的測(cè)量 由于傳感器安裝在列車上，當(dāng)傳感器發(fā)生了傾斜，可以理解為是坐標(biāo)軸發(fā)生了變換 設(shè)起始坐標(biāo)系為x，y，z，變換后的坐標(biāo)為X1，Y1，Z1 矩陣相乘運(yùn)算有： 6.2 坐標(biāo)被動(dòng)變換與實(shí)際傾角的測(cè)量 現(xiàn)在設(shè)Y，Z為水平面，X為垂直方向，則此時(shí)坐標(biāo)系用向量表示為(1,0,0) 帶入上式，于是可以得出 -7 -8 -9 此時(shí)根據(jù)實(shí)際傳感器模型，8、9式可得 6.2 坐標(biāo)被動(dòng)變換與實(shí)際傾角的測(cè)量 此時(shí)，令=-，則 =1 。 -10 7式即為所求傾角：= 現(xiàn)在要將上式中的，用傳感器測(cè)的 替換以便可以計(jì)算出實(shí)際的傾斜角 -11 至此，我們可以通過(guò)任意兩軸的數(shù)值計(jì)算

24、出任意時(shí)刻的全方位傾斜角。 6.3 外圍輔助電路、系統(tǒng)流程分析設(shè)計(jì) SCA3000 系列三軸加速度計(jì)： 量程2g,電源電壓3. 3V,64組緩沖存儲(chǔ)器記錄數(shù)據(jù),SPI/I2C數(shù)字串口通信,抗沖擊力強(qiáng) LPC2210： LPC2210 是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤的16/32 位ARM7TDMI-STM CPU 的微控制器，CPU頻 率最大為60MHz，內(nèi)置了SPI/I2C總線接口。 ZLG7290： I2C接口顯示驅(qū)動(dòng)器，8個(gè)片選輸出端、8個(gè)位選輸出端 6.3 外圍輔助電路、系統(tǒng)流程分析設(shè)計(jì) SCA3000 系列傳感器 數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬煞N方案： 方案1：SCA3000 D01 SPI 6.3 外圍輔助電路、系統(tǒng)流程分析設(shè)計(jì) SCA3000 系列傳感器 數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬煞N方案： 方案2：SCA3000 D02 I2C 6.3 外圍輔助電路、系統(tǒng)流程分析設(shè)計(jì) CA3000 D01 其工作在2.35v-3.6v可以