車載電子羅盤中的一種新型抗干擾設(shè)計

摘要：介紹了雙軸加速度傳感器ADXL202在車載電子羅盤應(yīng)用中的干擾抑制和軟件濾波方法?；赩RS51L3074單片機(jī)的軟件濾波方案，只需1個字節(jié)型變量就能動態(tài)存儲1個通道的周期采樣值，并根據(jù)此變量二進(jìn)制位的數(shù)值變化，判斷出有效信號上升沿、下降沿和干擾尖峰脈沖，達(dá)到有效計數(shù)和濾除干擾的目的。這一設(shè)計思想在電子羅盤測試中取得了較好的實驗結(jié)果。
關(guān)鍵詞：加速度傳感器；電子羅盤；尖峰脈沖；ADXL202

引言
隨著定位導(dǎo)航技術(shù)的飛速發(fā)展和日臻成熟，電子羅盤在相關(guān)領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。車載電子羅盤的功能是幫助用戶確定車輛行駛方向，精確顯示方位角度并提供正確的操作指示，因此導(dǎo)航的精確程度成為衡量系統(tǒng)性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)。本文介紹的基于AMR磁阻傳感器和加速度傳感器ADXL202的電子羅盤，是捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中的一種。在電子羅盤系統(tǒng)中，單片機(jī)VRS51L3074完成對加速度傳感器輸出信號脈寬和周期的計數(shù)，獲得車輛瞬時加速度值，然后利用三角函數(shù)關(guān)系計算出當(dāng)前位置相對于已知參考位置之間的橫滾和俯仰角度，進(jìn)行姿態(tài)解算，得到車輛的前進(jìn)方向和方位角。但是汽車電磁環(huán)境復(fù)雜，特別是汽車的震動和瞬時功率變化會對ADXL202輸出的占空比信號產(chǎn)生尖峰脈沖干擾，嚴(yán)重影響計數(shù)的精度。因此，抑制脈沖干擾在提高計數(shù)精度、增強(qiáng)系統(tǒng)性能方面顯得尤為重要。

1 ADXL202工作原理
ADXL202傳感器是由震蕩器，X、Y方向傳感器，相位檢波電路以及占空比調(diào)制器組成，具有數(shù)字輸出接口和模擬電壓信號輸出接口。X、Y方向傳感器是2個相互正交的加速度傳感器。ADXL202相對于地平面方向變化時，X、Y方向?qū)?yīng)不同的輸出，從而可以測量動態(tài)變化的加速度和恒定的加速度。傳感器的后級連相位檢波器，主要是用來修正信號，并對信號的方向作出判斷。檢波器輸出的信號通過1個32 kΩ的電阻來驅(qū)動占空比調(diào)制器，設(shè)計時可以通過在XFILT和YFILT引腳外接電容CX和CY來改變帶寬。同時，外接電容對于濾除噪聲和抑制零點漂移都有一定的效果。
信號通過低通濾波器之后，占空比調(diào)制器把信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸出。通過T2腳的外接電阻可以改變T2的周期T2(1～10 ms)，這就方便在精度要求不同的場合下使用。輸出的占空比信號通過計數(shù)器可以計算出占空比。加速度的計算可以通過公式(1)得到。

當(dāng)加速度為Og時，輸出信號的占空比為50％；靈敏度每1g所引起的脈寬占空比變化12．5％。在應(yīng)用中Og時的失調(diào)和系統(tǒng)誤差影響實際輸出值。則根據(jù)測得的加速度值即可求得X和Y軸的傾角：

當(dāng)加速度計被定向，那么它的X和Y軸就和地球表面平行可用來作為具有翻滾和傾斜兩個軸的雙軸斜度傳感器，被測物體的俯仰角記為γ和橫滾角β。將磁阻傳感器的3個敏感軸沿載體的3個坐標(biāo)軸安裝，分別測量地磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度H在載體坐標(biāo)系3個坐標(biāo)上的投影分量(HX，HY，HZ)，然后利用俯仰角和橫滾角進(jìn)行姿態(tài)解算就可以得到電子羅盤的方位角。

2 ADXL202的抗干擾設(shè)計思想
根據(jù)ADXL202使用手冊知，傳感器與微處理器共用電源時會引起干擾，因此在電路設(shè)計時采用了抑制干擾的解決方案。設(shè)計時采用1個0．1μF的電容和1個小于或等于100 Ω的電阻來抑制干擾。實驗測試顯示，仍然存在電路其他部分電源和傳感器電源互相影響的情況，干擾抑制效果并不理想。經(jīng)過反復(fù)試驗，傳感器采用獨立的電源供電，并且在布線時把器件和調(diào)理信號的電阻、電容放在1塊單獨的板上或用粗地線將其圍在線路板的某一區(qū)域，在實驗室條件下得到較好的干擾抑制效果。但實際應(yīng)用中，汽車的震動和瞬時功率變化對ADXL 202E輸出的占空比信號產(chǎn)生尖峰脈沖干擾(脈寬約1～2 ms)并不能消除，這就需要對其更多的處理。抑制和消除尖峰脈沖干擾影響的措施較多，常見的有硬件方法和軟件方法，或兩者相結(jié)合?？紤]到電子羅盤整體體積和磁阻傳感器信號對干擾較為敏感，如果采用高效的硬件濾波，系統(tǒng)電路將變得非常龐大；使用簡易的硬件電路，濾波效果又不徹底。實際上，還可以借助于微處理器進(jìn)行軟件濾波消除尖峰脈沖干擾。軟件濾波算法的采用，無疑會在簡化電路結(jié)構(gòu)的同時使系統(tǒng)的硬件資源得到更加充分的利用，并達(dá)到降低產(chǎn)品設(shè)計成本的要求。