基于ARM9的加速度计信号检测系统的设计

　　引言

　　在航天航海的惯性测量和导航系统中, 传统的加速度计检测电路是由众多分立器件组成的,电路相对复杂。随着现代信息及微电子技术的高速发展,务必采用新技术设计当代加速度计的测试系统, 使其智能化、微型化, 并进一步提高测量精度.

　　目前, 嵌入式系统与已成熟的计算机控制技术相结合, 形成集数据采集、数字信号处理、计算机控制为一体的新型系统。此类系统具有体积小、精度高、可靠性高、灵活性好的特点。ARM处理器是一种高性能、低功耗的32 位RISC 芯片。本系统采用基于ARM920T 内核的AT91RM9200 芯片, 构建针对液浮摆加速度计的信号检测系统, 达到对此加速度计小型化,智能化, 固态化的要求。

　　1 加速度计的基本原理

　　1.1 液浮摆加速度计的基本组成

　　液浮摆式力平衡加速度计主要由浮子摆、信号传感器、信号检测电路( 力平衡电路) 、力矩器、支承部分、壳体和温控部分等组成当仪表壳体沿输入轴作加速运动时, 加速度通过摆性, 在惯性力作用下, 将产生摆力矩作用在摆组件上使它绕输出轴旋转。摆绕输出轴相对壳体的转角由信号器敏感, 输出与摆转角成比例的调幅电压信号, 输入到壳体外部的信号检测电路, 经过信号处理与变换, 输出一成比例的直流电流至仪表的力矩器。力矩器产生一个绕输出轴的再平衡力矩, 作用于摆上, 使摆向相反的方向转动。在稳态情况下, 摆力矩精确地被再平衡力矩所平衡, 力矩电流便与输入加速度成比例。

　　2 液浮摆加速度计的信号检测系统的总体方案

　　针对液浮摆加速度计的特点, 设计检测系统的总体方案如下:设计对传感器输出信号采集调理电路。液浮摆加速度计输出信号为一调制的交流信号, 信号频率为12KHz.利用 ARM9 的高性能内核, 对该信号进行运算, 误差补偿, 控制定时器产生一脉宽调制( PWM) 的方波信号。该信号经驱动后, 作为力矩器的加矩电流。

　　3 基于AT91RM9200 的硬件平台设计

　　加速度计信号检测系统硬件部分主要由信号调理、脉宽调制信号输出和基于ARM9 的核心模块组成, 如图2 所示。

　　3.1 信号调理电路设计

　　信号的调理电路包括前置放大, 带通滤波, 解调器及 A/D转换电路。加速度信号约为25 毫伏, A/D 转换电路基准电压2.5 伏,前置放大选仪用差分放大器INA118, 其增益G=1+ 50KΩ/R, 取RG=620, G= 80。

　　滤波电路设计一个二阶带通滤波器。中心频率f= 12KHz,带宽: B = 300Hz。去除工频干扰和杂波。选用通用有源滤波器UAF42, 这种滤波器采用经典状态模拟结构, 因此设计出的滤波器的质量因子和自然频率受外界影响很小。