三轴加速度传感器在智能车控制与道路识别中的应用（二）

2.4硬件电路设计

　　MMA7260Q信号采集模块设计加速度信号采集模块如图1所示。x，y，z 3个相互垂直方向上的加速度由G-Gell传感单元感知，电容值经过容压变换器转换为电压值，经过增益放大器、滤波器和温度补偿以电压的形式作为输出信号拉J，经过放大滤波处理，将所需模拟信号调整至一个合适的范围，再转换为数字信号送数据处理单元。

　　图四 加速度信号采集结构图

　　加速度传感器与单片机的接口电路MMA7260Q与MC9S12XSl28B的硬件接口电路如图2所示。微处理器内部包含完整的地输入缓存器、模拟开关电路、可编程增益放大器和A/D转换器以及数字滤波器，使用非常方便。G1，G2输入低电平，灵敏度达到800 mV／g。。当Mode=l时，加速度传感器处于正常工作状态。x，y，z输出端分别接RC滤波器，再通过高输出驱动运算放大器TLV4112构成电压跟随作用，输出稳定的直流电压信号。

　　图五 MMA7260Q与MC9S12XSl28B的硬件接口电路

　　2.5软件设计实现

　　本设计采用CodeWamor软件与BDM作为调试工具，编程环境支持c语言和汇编语言的程序设计，大大方便了用户的程序设计，提高了系统开发效率。本设计程序代码使用C语言编写。

　　图六 加速度程序流程图

2.6 A/D采样流程设计

　　本设计主要包括单片机初始化模块和实时路径检测模块。

　　1）单片机的初始化模块包括：I/O模块，AD模块，定时中断模块初始化。

　　2）实时路径检测模块：利用接受管，红外光电传感器和CCD摄像头检测特征信号，利用加速度传感器检测角度信号，将返回信号输入单片机的输入端口，程序不问断地读入输入端口的信号，结合判断语句，得出合适的PWM控制信号。

　　图七 主程序与中断程序流程图

　　2.7实验测试

　　图中曲线为时间和AD采集到的数据之间的关系。而AD采集到的数据可以用来反映加速度的变 化情况

　　图八 装载于静止小车上时

　　图九 装载于运动状态不变小车上时

　　图十 小车角度变化时，加速度传感器值的变化规律

　　通过测试可以看出。对于车体角度的变化，加速度传感器的值都有一定的变化。不过同时也看到车子的振动对加速度传感器也会产生一些干扰。

　　在识别坡道时，如果加速度传感器监控的是竖直方向的加速度，即z方的加速度，那么在平道上时，明显竖直方向上加速度为零，在上坡后，如果忽略摩擦力，那加速度将变化为gsinθcosθ。通过加速度传感器中加速度的变化可以容易的辨别出平道和坡道。

2.8数字滤波算法设计

　　由于加速度传感器三轴之间差异和较高灵敏度，防止在运动过程中由于智能车的抖动引起的误差，对单片机采样得到的电压值进行归一化处理，最后可得到各方向传感器的相对电压值。具体实现方法：让智能车后轮转动起来，分别记录各传感器输出信号的最大值和最小值，用最大值减去最小值得到各传感器在运动过程中的输出范围。在智能车行驶过程中将各方向传感器输出的信号值减去最小值，再除以各方向传感器的输出范围即可得到其相对输出值。根据g1=g2=0，最小值对应着-1.5g，最大值对应着+1.5g。，静止时各向加速度值为0，加速度范围为-1.5g一+1.5g。

　　2.9路径识别规则

　　X-T表示智能车前后方向加速度信号，Y-OUT表示智能车左右方向加速度信号，Z-T表示智能车上下方向加速度信号．采样值经过数字滤波，由于智能车的底盘不可能保持绝对水平，车身可能会向前倾斜或者向后倾斜，

　　所以，Y-OUT，X-OUT，Z-OUT值都有5％的误差，当处于匀速直线运动时，采样值在100～110之间波动。通过加权平均近似为105，125对应+1.5g， 80对应-1.5g。

　　3 结束语

　　MMA 7260Q是一种电容式加速度传感器，融合了信号调理，单极低通滤波和温度补偿技术。成本低，功耗低，测试中加速度信号稳定性与灵敏度都达到了预期的效果，从而提高了系统的控制精度，使舵机响应速度变快。

　　基于三轴加速度传感器在智能车的控制与路径识别的设计，相比传统的路径识别具有数据处理简单，控制精度高的特点，使舵机响应变快。可以广泛应用与无人驾驶智能车，智能仪表，机器人等高端技术领域。

作者：赵小平、程志江、张永瑞、段志尚