加速度传感器在汽车防盗系统中的应用研究

　

概要：静态加速度，不能对车体的倾斜角度进行测量，也就无法对这种盗窃方式进行监测预警。总之，利用磁效应传感器不能很好地完成防盗监测的任务，这就需要一种更合理、更可靠的传感器件来替代。 ADXl202是AD公司设计生产采用MEMs工艺制作的低价格、低功耗、单芯片集成双轴加速度传感器，3～5.25V单电源供电，工作电流小于6mA，可以测量O～5kHz、±2g范围内动态或静态加速度，60Hz时分辨率为2mg，可以数字、模拟信号形式输出，体积仅为5mm×5mm×2mm；可以对车体微小振动和整车的倾斜角度同时进行监测。将其应用于汽车防盗系统不但扩大了系统的监测范围，而且简化了系统，提高了防盗系统报管的可靠性。因此，选定其作为汽车防盗系统的传感器件。1 加速度传感器ADXL202的工作机理1．1 利用ADXL202进行加速度测量的基本原理 ADXL202的模块结构如图l所示，它是在单一芯片上集成两个相互独立、测量方向相互垂直的敏感元的测量模块，是由多晶硅微加工表面工艺制成的电容式加速度传感器；由硅片表面的弹性结构支撑起的质量块下面贴附电容的一个极板，电容的另一极扳固定。当加速度引起质量块的相对位置变化时，电容值也发生变化；两个敏感元的信号处理电路将各自的电容变化转换成幅值与加速度成正比的方波

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摘要：在分析窃贼盗窃汽车常用手法的基础上，优选了汽车防盗监测所需的传感器件。探讨了在汽车防盗系统中，将美国AD公司生产的加速度传感器ADXL202同时作为振动传感器和倾角传感器的两种不同的敏感器件设计方案，并对采用该传感器的信息处理方法进行了探讨。
关键词：汽车防盗加速度传感器振动倾斜

    现代汽车的防盗系统通常采用对车体的冲击、振动监测的方式防盗预警，常用的器件多为磁效应传感器。虽然磁效应加速度传感器的敏感性能很好，但由于磁传感器存在装配、安装误差，其频率响应不稳定，会造成后续信号处理电路和微控制器接口电路比较复杂，致使系统报警的可靠性降低，误报率较高。另外，拖车或整车搬运的方法也是目前窃赋盗窃汽车常用的手段，对付这种盗窃方式最有效的方法是对车体的倾斜角度进行监测，而磁效应传感器无法测量静态加速度，不能对车体的倾斜角度进行测量，也就无法对这种盗窃方式进行监测预警。总之，利用磁效应传感器不能很好地完成防盗监测的任务，这就需要一种更合理、更可靠的传感器件来替代。

    ADXl202是AD公司设计生产采用MEMs工艺制作的低价格、低功耗、单芯片集成双轴加速度传感器，3～5.25V单电源供电，工作电流小于6mA，可以测量O～5kHz、±2g范围内动态或静态加速度，60Hz时分辨率为2mg，可以数字、模拟信号形式输出，体积仅为5mm×5mm×2mm；可以对车体微小振动和整车的倾斜角度同时进行监测。将其应用于汽车防盗系统不但扩大了系统的监测范围，而且简化了系统，提高了防盗系统报管的可靠性。因此，选定其作为汽车防盗系统的传感器件。

1 加速度传感器ADXL202的工作机理
1．1 利用ADXL202进行加速度测量的基本原理
    ADXL202的模块结构如图l所示，它是在单一芯片上集成两个相互独立、测量方向相互垂直的敏感元的测量模块，是由多晶硅微加工表面工艺制成的电容式加速度传感器；由硅片表面的弹性结构支撑起的质量块下面贴附电容的一个极板，电容的另一极扳固定。当加速度引起质量块的相对位置变化时，电容值也发生变化；两个敏感元的信号处理电路将各自的电容变化转换成幅值与加速度成正比的方波信号，经工作周期调制(DCM)后，就能将模拟信号转换为数字信号，通过引脚XOUTYOUT进行输出。另外，ADXL202还可以通过XFILT、YFILT引脚输出模拟信号。

1．2 ADXL202引脚功能简介
    ADXL202的封装形式为LCC-8，其封装和引脚的示意图如图2所示。

    引脚ST用于芯片自测，VDD上电后，ST在静电力的作用下，输出的工作循环脉宽改变10％左右，相当于作用800mg加速度的输出信号，测试这个引脚就可以用于判断芯片是否正常工作；引脚T2需外接RSET电阻，在0．5ms～10ms范围内设置工作循环周期T2；引脚COM作为公共接地端；引脚XOUT、YOUT用于输出数字信号；引脚XFILT、YFILT外加滤波电容，用以设置检测信号的带宽范围，VDD引脚作为芯片供电电源输入端。

1．3 加速度值的确定
    加速度传感器可以分别利用XOUT、YOUT引脚和XFILT、YFILT引脚进行数字信号或模拟信号输出。

    在采用数字信号进行测量时，只要利用微处理器的计数器/定时器端口分别采集信号的工作周期脉宽T1和工作周期的时间长度T2，利用公式(1)就可以得出被测加速度的值。计算公式为：

   
    信号示意图如图3所示。

    在采用模拟信号进行测量时，可以直接采用从XFILT、YFILT引脚输出的模拟信号，也可以将XOUT、YOUT引脚输出的数字信号进行RC滤波，重新恢复成模拟信号。第一种方法输出的信号带宽比较宽，但需外加电压跟随器才能带负载；第二种方法可以对输出的模拟信号进行放大，但频率响应特性较低。采用何种输出方式应根据具体的使用条件来确定。

2 采用ADXL202的汽车防盗系统设计方案
    由于窃贼盗窃汽车时会引起车俸的振动或倾斜现象，而ADXL202能够测量0～5kHz、±2g范围内动态或静态加速度。动态加速度的测量可以用于振动检测；而利用静态的重力加速度作为输入矢量，就可以确定物体的空间方向。

2．1整体方案设计
    ADXL202采用3V直流电源供电，为降低电源对传感器的干扰，在引脚VDD和公共接地端COM之间需连接O．1μF的去耦电容。由于芯片与微处理器共用一个供电电源，在电源与VDD间需增加一个100Ω的电阻，以减小数字信号对传感器输出信号的干扰。

    T2引脚外接625kΩ的RSET电阻，将输出的数字信号周期确定为5ms，即频率为200Hz。从XOUT、YOUT引脚输出的数字信号直接送到微处理器的计数器，定时器端口，以便进行重力加速度的测量，以得出车体倾角的变化。从XEILT、YFILT引脚输出的模拟信号经电压跟随器提高负载能力后，送入微处理器的A/D端口，以对车体微小振动进行测量。

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