加速度、電場傳感器在航模中的應用

1、加速度、電場傳感器在航模中的應用比賽編號:_O10520_ 日期:2004/7/7首名設(shè)計者為聯(lián)絡(luò)代表人。姓名: 錢近和 (中文 George Qian (英文職業(yè):軟件設(shè)計工程師 姓名: 郭 靜 (中文 Guo Jing (英文職業(yè):硬件設(shè)計工程師 通訊地址:深圳市源昱電子公司技術(shù)中心 郵編:518038電子郵箱:qjh717,電話傳真位名稱:深圳市源昱電子公司技術(shù)中心 圖1: 航模實體加速度、電場傳感器在航模中的應用一、引 言航?？梢韵裾骘w機一樣飛上天空, 深受人們的喜愛。 同時航模運動是一項 “ 實踐性, 探索性, 開放性 ”

2、極強的運動。所謂的 “ 實踐性 ” 即以航模運動為切入點,進行針對的實踐訓練; “ 探索性 ” 即保 持創(chuàng)新意識,銳意進取,探索全新的發(fā)展模式; “ 開放性 ” 即堅持兼容并蓄的原則,鼓勵個性發(fā)展。 隨著航模運動的發(fā)展,一些高新的科技也開始在航模上有著廣泛的應用前景?；趯侥５默F(xiàn)狀的深入研究,結(jié)合Freescale 的先進的傳感器技術(shù),采用 Freecale 的加速度、電場、壓力傳感器,以便更好、更方便控制航模的飛行。二 、 設(shè)計概述1. 選 用到的 Freescale 半導傳感器:a. MMA6260Q ( Low-G 加速度傳感器 b. MMA1260 ( Low-G 加速度傳感器 c.

3、 MPXM2102A ( 壓力傳感器 d. MC33794 ( 電場傳感器 2. 所 選傳感器特性指標:表 1: Low-G加速度傳感器型號 軸向 范圍 輸出信號MMA1260D Z 軸MMA6260Q XY 軸 1.5g 800mV/gMC33794特點如下:最多可接 9個電極, 2個參考電極;用屏蔽同軸電纜可遠距離驅(qū)動電極;+5V調(diào)節(jié)器為外部電路供電ISO-9141物理層接口燈驅(qū)動輸出看門狗和電源復位定時器測量時臨界內(nèi)部接點比例縮放和選擇由外部電阻產(chǎn)生無諧波的正弦波封裝形式:44HSOP, 54SOICW表2:MPXM2102 特性如下 : 3. 設(shè) 計特點a. 利用MMA6260Q的X、

4、 Y 兩軸加速度傳感器, 測量航模垂直地面方向及兩翼方 向的加速度b. 利用MMA1260測量航模飛行向的加速度c. 利用壓力傳感器MPXM2102A測量模的飛行高度 (根據(jù)高度與大氣壓的算術(shù)關(guān) 系。d. 利用MMA6260Q及MMA1260測量模在飛行中的平衡 (水平及垂直角度 、 顛簸、 及降落著地瞬間的檢測(利用加速度傳感器的測碰撞功能。e. 在無線遙控器上利用MC33794電場檢測功能, 分配電場檢測輸入到相應的運 行控制指示按鈕進行航模運行狀態(tài)的控制。4. 功 能框圖a. 圖2:遙控器外形圖 圖3:遙控器功能框圖b. 航模主機體 圖4:航模系統(tǒng)總體框圖5. 工 作原理 a. 遙控器圖

5、5:MC33794與微控制器連接本設(shè)計中分配 MC33794 的 E1、 E2、 E3、 E4、四個電極作為航模上下升降的控 制檢測單元, E6、 E7、 E8、 E9四個電極作為航模左右轉(zhuǎn)向控制檢測單元, E5 作為開 啟 /停止飛行的檢測單元 。微控單元檢測到開啟 /停止按鈕 (E5 上的電場發(fā)生跳變時, 則表明有控制航模飛 行啟動 /停止的指令。微控單元檢實時測到電極 E1、 E2、 E3、 E4上的電場有順序變化時,則表明有上 升指令產(chǎn)生,反之,則表明有下降指令產(chǎn)生。微控單元檢實時測到電極 E6、 E7、 E8、 E9上的電場有順序變化時,則表明有左 b. 加速度傳感器通過微控單元實時

6、檢測 X 、 Y 、 Z 三軸上的加速度值,再進行矢量運算,分析 出航模的傾斜情況。參考圖 6、圖 7。通過微控單元實時檢測 X 、 Y 、 Z 三軸上的加速度值,如果加速度值有較大幅 度的波動,進行矢量運算,可分析出航模是否處于顛簸、震動狀態(tài)。其中震動情況 還可以用來判斷航模著陸狀態(tài)。參考圖 8。圖7:三維加加速度數(shù)據(jù)顯圖6:三維加度速矢量圖圖8:振動對應的加速度變化曲線 圖9:加速度傳感器與單片機接口c. 壓力傳感器壓力對壓力傳感器的輸出電壓關(guān)系如下:VOUT = (Applied Pressure * Sensitivity Offset -公式 1 由 Vout 我們可以得到航模在空中

7、某點的大氣壓力值,再經(jīng)以下公式即可得出該 點的高度。P = (P0 e-(g/(RT * (Z Z0, -公式 2P :所求高度的壓力值P0:已知高度的壓力值 ,e :常數(shù) ,g = 9.8 (m/s2, 重力加速度R = 287 J/(kg*K,于燥空氣常數(shù)T :所求高度的絕對溫度 ,Z :所求高度 ,Z0 :已知高度 .同時根據(jù)以下流體力學工和學公式:dP = -gdZP = RT即可得出實際高度為:Z = Z0- 27,887 ln(P/P0, -公式 3 Z :所求高度,單位:英尺 ,Z0:已知高度 ,單位:英尺 ,P :所求高度點的壓力值 ,P0:已知高度點上的壓力值 , 圖10:

8、MPXM2102與運放接口電路三、硬件描述1. 遙控器部分:主要由RF模塊、電池管理模塊(包括DC/DC、控制單元(MC68HC908QY4、外部信號檢測單元(MC33794構(gòu)成。2. 航模主體部分:由RF模塊、電機及電機驅(qū)動模塊、微控制單元(MC68HC908MR32、 加速度檢測單元(MMA6260Q、MMA1260、高度檢測單元(MPXM2102A、方向檢測單元等部分構(gòu)成。四、軟件描述a. 遙控器部分 圖11:遙控器部分程序流程b. 航模主體部分軟件框圖： 上電復位/ 初始化設(shè)置 否 飛行 ？ 是 左右轉(zhuǎn) ？ 是 處理左右轉(zhuǎn) 向，設(shè)置飛行 否 升降 ？ 是 處理升降，設(shè) 置飛行狀態(tài) 否 振動 ？ 是 修正參，設(shè)置 飛行狀態(tài) 否 是 著陸 ？ 設(shè)置飛行狀態(tài) 否 圖 ：主流程 Page 11 of 12 c. 遙控部分子程： 查詢由中斷收到的命令 是 控制航模的運