基于DSP和MMA7260Q的車輛加速度測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、文章編號: 1008 1402( 2011) 06 0845 03基于dsp和mma7260q的車輛加速度測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)陶玉貴， 蔣慧( 蕪湖信息技術(shù)職業(yè)學(xué)院電子信息系，安徽 蕪湖 241003)摘 要:針對汽車道路試驗(yàn)的特點(diǎn)和需求，設(shè)計(jì)開發(fā)了一種基于 dsp 和加速度傳感器的車輛加 速 度 測 試 系 統(tǒng) 該設(shè)計(jì)選用高靈敏度三軸加速度傳感器 mma7260q，以dsp芯 片tms320f2812 為核心控制器，對加速度信號進(jìn)行采樣 實(shí)踐證明，測試系統(tǒng)在汽車道路試驗(yàn)中能準(zhǔn)確、動態(tài)實(shí)時地采集車輛三維加速度信號關(guān)鍵詞:dsp; mma7260q; 加速度; 測試系統(tǒng)中圖分類號:文獻(xiàn)標(biāo)識碼:tp212

2、 9a0引言2 1加速度采集模塊在汽車道路試驗(yàn)中，需要對車輛的動力性、制動性、操縱穩(wěn)定性、平順性等基本性能進(jìn)行測試，其 中車輛加速度是重要的參數(shù)，它與車輪轉(zhuǎn)速、車速、 車輪力等參數(shù)相結(jié)合，對汽車制動系統(tǒng)的性能匹配 和整車動態(tài)性能的分析具有重要意義本文介紹了一種基于 dsp 芯片 tms320f2812 和單芯片三軸加速度傳感器 mma7260q 構(gòu)成車輛 加速度測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，給出了測試系統(tǒng)的硬件 設(shè)計(jì)，對 mma7260q 的工作原理、電源電路和加速 度信號處理 等 軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)介紹 實(shí) 踐 表 明，該測試系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性高，能實(shí)現(xiàn)對 加速度信號高精度動態(tài)實(shí)時采集和處理，具有

3、較高 的實(shí)際應(yīng)用價值加速度傳感器選用美國 freescale 公司開發(fā)的基于微機(jī)電系統(tǒng) ( mems) 的低成本、單芯片、三軸 微型電容 式 加 速 度 傳 感 器 mma7260q，其 功 能 如 圖 2 所示1 該加速度傳感器融合了信號調(diào)理、單 極低通濾波器和溫度補(bǔ)償單元，通過設(shè)置芯片 g select1 和 g select2 這兩個引腳的電平，可以選擇 1 5g， 2g， 4g 和 6g 等 4 種測量范圍 x、y、 z 三個相互 垂 直 方 向上的加速度信號由 g cell 傳感單元感知，經(jīng)過容壓轉(zhuǎn)換、增益放大、濾波和溫 度補(bǔ) 償 后以電壓信號形式輸 出 mma7260q 的3a 休

4、眠模式、500a 低運(yùn)行電流、1 0ms 的快速 啟動響應(yīng)時間以及 6mm 6mm 1 45mm qfn 小 巧封裝等特性，滿足了車載工況的要求mma7260q 具有 很 高 的 靈 敏 度，由 于 汽 車 在 制動時，其加速度變化范圍大約為 1g，因此，選擇 mma7260q 的量程范圍為 1 5g，此時加速度傳感 器靈敏度為 800mv / g，即 mma7260q 三 軸 的 加 速 度輸出電壓范圍為 0 45 2 85v1測試系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)加速度測試系統(tǒng)主要由信號采集模塊、信號調(diào)理模塊、a / d 轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理模塊、電源模塊、接口電路和上位機(jī)等組成，總體框架如圖 1 所示 三軸 加速度

5、傳感器將加速度轉(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)信號調(diào) 理，再通過 a / d 轉(zhuǎn)換，由 dsp 對信號進(jìn)行采集處理， 最后將處理得到的加速度由 lcd 顯示，并通過 usb 接口電路上傳至上位機(jī)，進(jìn)行進(jìn)一步分析處理2 2 數(shù)字信號處理器模塊數(shù)字信號處理器選用 ti 公司推出的 c2000 系列 32 位定點(diǎn) dsp 芯片 tms320f2812，其主要特性 為: 32 位 高 性 能 cpu; 150mhz 主 頻，指 令 周 期 62系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 收稿日期: 2011 10 27基金項(xiàng)目: 安徽省高等學(xué)校省級優(yōu) 秀青年人才基金項(xiàng)目 ( 2010sqrl228 ) ; 安徽 省 高等 學(xué)校省級自然科學(xué)研究項(xiàng)

6、目 ( kj2011b219) 作者簡介: 陶玉貴( 1979 ) ，男，安徽南陵人，蕪湖信息技術(shù)職業(yè)學(xué)院電子信息系副教授，碩士，主要研究方向?yàn)槠囯娮优c測控技術(shù)()846佳 木 斯 大 學(xué) 學(xué) 報自然科學(xué)版2011 年67ns，低功耗設(shè)計(jì); 128k 16 位片上 flash，18k 16 位片上 sram，4k 16 位片上 bootrom; 多種標(biāo) 準(zhǔn)串口外設(shè): 1 個 spi 同步串口、2 個 uart 異步串 口、1 個增強(qiáng)型 can 總線接口、1 個 mcbsp 同步串 口; 56 個獨(dú)立可編程、復(fù)用型、通用 i / o 口; 16 通道12 位的 a / d 轉(zhuǎn) 換 接 口，雙通

7、道可同時采樣，流 水 線采樣最高速 60ns; can 總線接口，傳輸速率最高 可達(dá) 1mbps 等2圖 3電源電路圖 1測試系統(tǒng)總體框圖圖 4 主程序流程圖2 4usb 接口電路設(shè)計(jì)usb 接口電路選用 philips 公司的 isp1581 芯片，它符合通用串行總線( usb) rev2 0 規(guī)范，支持 usb2 0 的自檢工作模式和 usb1 1 的返回工作模 式，可以 在高速或全速條件下正常運(yùn)行 isp1581 上電時，bus_conf、mode、rpu 引腳通過 1 5k 電 阻 上 拉，isp1581 工 作 在 通用處理器模 式; mode0 設(shè)為 1，讀寫選通信號為 8051

8、型; 喚 醒 功 能引腳 wakeup 接到 dsp 的一個通用 i / o 口上; rref 引腳通過 12k 精密電阻接模擬地，提供精 確的鏡 像 電 流; isp1581 內(nèi) 部集成的復(fù)位電路使 圖 2mma7260q 功能框圖tms320f2812 具有 較 大 的 尋 址 空 間、豐 富 的片上外設(shè)資源和很高的運(yùn)算速度，支持 jtag 掃描 接口，便于調(diào)試，可使用匯編語言或 c / c + + 編程， 能顯著提高系統(tǒng)的處理效率，使硬件系統(tǒng)具有很高 的性價比和更高的穩(wěn)定性2 3 a / d 轉(zhuǎn)換模塊reset 引腳直接接高電平即 可 復(fù) 位dsp的a / d 轉(zhuǎn)換芯片選用 analog

9、 device 公司生產(chǎn)的高速、低功耗、四通道同步采樣的 14 位并行模數(shù)轉(zhuǎn) 換器 ad7865，它采用 + 5v 供電，芯片內(nèi)部有一個2 4s 的逐次逼近 adc，4 個跟蹤 / 保持放大器，片 內(nèi) 2 5v 參考電壓、片上時鐘振蕩器和一個高速并 行接口 四通道同時采樣時，單通道最大轉(zhuǎn)換速率 可達(dá) 105 采樣點(diǎn) / s，每個通道輸入范圍可選用 5v或 10v 本系統(tǒng)選用 5v 的輸入量程 因只采集 三路加速度電壓信號，故只用 其 中 的 vin1 vin3 三 個通道，vin4 通道模擬接地xcs0and1 作為 isp1581 的 片 選 信 號，isp1581 的寄存器地 址 映 射

10、到 dsp 的 地 址 空 間 為 0x2000 0x4000 isp1581 與 dsp 的數(shù)據(jù)交換采用中斷方 式，中斷信號接入 dsp 的 xint1 引腳 本設(shè)計(jì)中沒 有 使 用 dma 傳 輸，與 dma 相 關(guān) 的 引 腳 無 需 連 接32 5電源電路設(shè)計(jì)測試系統(tǒng)電源電路選用 ti 公司的雙路輸出電源芯片 tps767d318，該芯片是專門為 dsp 應(yīng)用系陶玉貴，等: 基于 dsp 和 mma7260q 的車輛加速度測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)第 6 期847統(tǒng)開發(fā)的電 源 管 理 芯 片，可 以 提 供 3 3v 和 1 8v兩路電壓輸出，每路輸出最大電流為 1a，3 3v 分 別 為 mma

11、7260q、isp1581 及 dsp 內(nèi) 部 的 gpio、 flash 、rom 及 adc 提供工作電壓，1 8v 為 dsp 的 cpu 內(nèi)核提供工作電壓 上電次序由芯片本身觸發(fā) dsp 的外部中斷 int1，處理器進(jìn)入中斷程序，依次讀取三個通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果 因 為 dsp 應(yīng) 用 軟 件是在 ccs2000 環(huán) 境 下 開 發(fā) 的，ccs ( code com-poser studio )ide 集成開發(fā)環(huán)境支持 c / c +compiler / assemble / linker，而 且 具 有 c 語 言 優(yōu) 化器 因此，本系統(tǒng)采樣匯編與 c 混合編 程，主 程 序 流程如圖 4

12、 所示保證，且具有電壓監(jiān)測功能 2reset管腳作為 dsp的復(fù)位端，輸出管腳采用 33f 電容濾波，以提高輸 出電壓的穩(wěn)定性 電源電路的設(shè)計(jì)如圖 3 所示4結(jié)束語本文提出了基于 dsp 芯片 tms320f2812 和高3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)靈敏度三軸加速度傳感器 mma7260q 的車輛加速度測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 該系統(tǒng)不僅可以應(yīng)用于汽車 道路試驗(yàn)中對車輛加速性能的測試試驗(yàn)，而且還可 以用于其它方面對加速度信號的采集 實(shí)驗(yàn)證明， 測試系統(tǒng)完全滿足設(shè)計(jì)要求，具有較高的實(shí)際應(yīng)用 價值3 1加速度信號減譜去噪在測試過程中，加速度信號受到振動、噪聲及電源干擾等周期性噪聲以及其他白噪聲的影響 因 此，可以利用語

13、音信號處理方法中的減譜去噪原理 來去除周期性振動噪聲，即在進(jìn)行道路試驗(yàn)前，先 用加速度測試系統(tǒng)采集沒有任何汽車行駛加速度 影響下的包含了各種周期性噪聲的加速度噪聲信 號樣本，再在進(jìn)行加速性能試驗(yàn)過程中采集加速度 信號，將兩者在頻域中相減，轉(zhuǎn)換到時域后的信號 即為去噪后的加速度信 號4 5 但此時信號中仍 疊加有高頻隨機(jī)噪聲，需進(jìn)一步對信號用小波濾波 的方法去除隨機(jī)噪聲參考文獻(xiàn):1sensor products mma7260q xyz three axis low g accelera-tion sensoreb / ol http: / / www freescale com / files

14、 / sensors / doc / fact_sheet / mma7260qfs pdf 2005 6 蘇奎峰，呂強(qiáng)，耿慶鋒，等 tms320f2812 原理與開發(fā)m 北京: 電子工業(yè)出版社，2005: 262 274陶玉貴、余紅英、喻潔 基于 dsp 和 isp1581 的 usb 數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)設(shè)計(jì)j 安徽師范大學(xué)學(xué)報: 自 然 科 學(xué) 版，2011，34( 3) : 217 220趙力 語音信號處理m 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，2003: 280 282周耀群 汽車道路試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)研究d 南京: 東南大學(xué)儀器科學(xué)與工程學(xué)院，2007233 2 dsp 應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)4tms32

15、0f2812通 用 定 時 器1輸 出 引 腳t1pwm / t1cmp 控 制 a / d 轉(zhuǎn) 換 啟 動，通 過 設(shè) 置 通用定時器 1 的定時周期寄存器和比較寄存器的值 來確定采樣頻率 當(dāng) a / d 所選通道全部轉(zhuǎn)換完畢，5design of vehicle acceleration measuring system based on dsp and mma7260qtao yu gui， jiang hui( department of electronic information，wuhu vocational college of information and technolo

16、gy，wuhu 241003，china)abstract:according to the features and requirements of vehicle roadway test，a design of vehicle acceler-ation measuring system based on dsp and acceleration sensor was presented in this paper in the design，thehigh sensitive three axis acceleration sensor mma7260q with the core controller of tms320f2812