制作天地机器人Robot作者蒋瑞挺瑞雪电子工作室基于加速度传感器的倾角测量物体倾角的测量在机器人、飞行器以及运动二、测量原理小车的位姿控制中，有着非常重要的作用。目前传统的倾角传感器，虽然精度高，但是价格昂贵，加速度并不能直接表示物体的倾角，需要通并不适合在电子制作中使用。通过加速度传感器，过公式转换才能得到倾角值。设X轴与水平面的也能间接计算出物体当前的倾角。虽然只能测量夹角为俯仰角，Y轴与水平面的夹角为横滚角物体静态时的倾角，但是由于价格低廉，在不需。下面以俯仰角为例，进行计算公式的推导。要测量运动物体倾角的场合，还是有很大的应用当加速度传感器水平放置在水平面上时，其价值。本文将介绍如何使用单片机以及加速度传初始状态坐标系如图2所示。感器进行倾角的测量。Y一、加速度传感器介绍X加速度传感器可以测量各轴的加速度值，本文采用飞思卡尔的加速度传感器MMA7260QT。Z该款传感器可以测量三轴加速度，其量程可选，针对倾角测量选择-1.5g到1.5g量程。信号输图2初始状态坐标系出为电压信号，在1.5g量程下，信号灵敏度为此时俯仰角为0，各轴上的静态加速度值：0800mv/g。在倾角测量时，加速度的测量范围⎧AgX=⎪Ag=0为-1g到1g，对应的电压范围为0.85V到2.45V。⎨Y⎪1⎩AgZ=加速度传感器的坐标系如图1所示。当X轴与水平面产生俯仰角时，加速度传感器的坐标系如图3所示。＋YSideView16151413Y112'211Xmpo＋＋X--ZlZXolTo310B49X5678-Y：ArrowindicatesdirectionofmassmovemwntZ'16-PinQFNPackageZ图3俯仰变化后的坐标系图1加速度传感器的坐标系37制作天地机器人RobotX'经过RC滤波电路处理。S1，S2为量程选择引脚，SL为MMA7260休眠控制引脚。X1gZ'Z图4XZ轴平面坐标系图5MMA7260模块将坐标系投影到XZ轴平面，可得如图4所主控制器选用ATMEGA16单片机，该单片示的平面坐标系，由此可求得各轴上的静态加机有内部8路10位AD。MMA7260模块输出引速度值：脚X，Y，Z直接接到单片机的PA0，PA1，PA2⎧AgX=−1sin×⎪引脚。加速度测量电压可以通过内部AD进行模⎨AgY=0⎪⎩AgZ=×1cos数转换，省去外置AD，节约成本。数字显示采用一块128*64像素的图形由上述等式，可以得到俯仰角的计算公式：LCD。该LCD采用S6B0724液晶驱动控制器，=−arctan(AA/)YZ使用方便，价格低廉。整个电路原理图如图6所同理可得横滚角的计算公式：示。=arctan(AA/)XZ在实际的制作中，本人将各个电路按照模块形式进行划分，使用热转印的方法制作了各个小三、电路设计模块的电路。由于MMA7260采用QFN封装，手工焊四、程序设计接会比较麻烦。因此，本文选用一款成品模块，如图5所示。该模块为MMA7260的最小系统，主程序流程如图7所示，采用C语言编写。输入电压为5V或3.3V可选。X，Y，Z脚分别功能包括液晶显示、AD采集及均值滤波、倾角对应于三轴的加速度测量电压输出脚，且已经计算、串口通讯等。源代码可从杂志网站上下载。U5128*64128*64TTEUU77DDADASEDBSDBSSWCD0256CC4EU6CSNCND3D7A0ER/WR/REVDDVD0DD1D2DD5DD6DLELLENCNNCNVSD4D14011010D00PB0PB0(XCK/T0)(XXCKK/TT0)PA0PAA0(ADC0)(ADC0)ZGNDGNNDD112392901348138138296524569477PB1PB1(T1)(T1)PA1PA1(ADC1)(ADC1)YSL171111151719201011141519201318121612161D2233838PB2PB2(AIN0/INT2)(AAINN0//INNT22)PA2PAA2(ADC2)(ADC2)XGNDGNNDD334PB3PBB3(AIN1/OC0)(AAIN1//OCC0)PA3PAA3(ADC3)(ADC3)373747536S15V5VVCCVCCCD44PB4PB4(SS)(SSS)PA4PAA4(ADC4)(ADC4)56465432635S2S23.3V3