基于SOC的MEMS双轴式数显倾角仪的研究

　　在工业自动化、工程机械、军事、航天航空、海洋船舶等很多领域越来越多地要求高精度地检测倾角，为此，利用半导体技术和微机电系统、传感器高端技术来研发适用的倾角检测仪显得尤为重要。美国、加拿大等国在这方面已经取得了一定的成果，我国目前也有很多倾角传感器的生产厂家，比较成熟的是单轴倾角传感器，不过单轴倾角传感器测量范围较小，最大只能测量 180°范围内的倾角，而现代工程使用中经常需要测量 360°范围内的倾角。为此，研制显示方便、体积小、功耗低、携带方便的双轴传感器满足科技发展的需要成为当务之急。本文将按就用 SOC 来驱动 MEMS 先进传感器件、通过感应温度变化来测量加速度、再通过测得的加速度沿 X、Y 轴向变化计算相应轴向倾角变化、并用 LCD 实现倾角显示的倾角仪。

　　1 SOC 和 MEMS 的简介

　　SOC 称为系统级芯片，也称片上系统，意指它是一个产品，是一个有专用目标的集成电路，其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。同时，它又是一种技术，用以实现从确定系统功能开始，到软/硬件划分，并完成设计的整个过程。从狭义角度讲，它是信息系统核心的芯片集成，是将系统关键部件集成在一块芯片上;从广义角度讲，SOC 是一个微小型系统。MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems)是微机电系统的缩写。完整的 MEMS 是由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通讯接口和电源等部件组成的一体化的微型器件系统。其目标是把信息的获取、处理和执行集成在一起，组成具有多功能的微型系统，集成于大尺寸系统中，从而大幅度地提高系统的自动化、智能化和可靠性水平。

　　2 硬件系统设计

　　2.1 SOC 芯片选择

　　本文选择了Philips公司的LPC2220[1]。LPC2220是基于支持实时仿真和嵌入式工人跟踪的 16/32 位ARM7TDMI-STMCPU 的微控制器。它集成了外部存储器控制器(EMC)、UART 接口、CAN-bus 接口、SPI 接口、SSP 接口、I2C 接口、ADC、DAC、USB2.0 接口、通用定时器、外部中断、PWM、实时时钟等，是典型的 SOC 系统。

　　2.2 基于 MEMS 技术的加速度传感器 MXD2020E

　　MEMSIC 公司的极低噪声双轴加速度传感器MXD2020E 是基于单片 CMOS 集成电路制造工艺而生产出来的一个完整的双轴加速度测量系统[2]。MXD2020E 是双轴的片上混合信号输出 MEMSIC器件，测量范围为±1 g，能够承受 50000 g 的冲击，带宽 17 Hz，输入电源电压为 3～5 伏。MXD2020E一般用来测量动态的振动和静态的物体的斜度，由于 MXC2020E 的设计是基于热对流，MEMSIC 传感器中检测的是气体质量，气体的质量块同传统的实体质量块相比具有很大的优势，消除了黏附和粒子冲击的问题。