Застосування акселерометрів в автомобільній сигналізації

У статті, присвяченій датчикам удару і розгойдування, були розглянуті прості конструкції, що використовують магніто-індукційні-ний принцип роботи і з п'єзоелементів як чутливого елемента. Також у статті було згадано, що в якості датчиків для автосигналізацій можна використовувати акселерометри. Пропонована стаття присвячена використанню акселерометрів для виявлення впливів на автомобіль.

Як приклад розглянемо акселерометр ADXL202 фірми Analog Devices, який може бути використаний як мультифункціональний сенсор для автомобільних сигналізацій, чутливий як до удару та вібрації, так і до нахилу / підйому автомобіля.

ADXL202 – малопотребляющій, низьковольтний двохосьовий акселерометр з межами вимірювання ± 2g, що видає аналоговий або цифровий сигнал, пропорційний прискоренню незалежно уздовж кожної осі.

Зазвичай автосигналізації використовують датчики, засновані на магніто-індуктивному принципі роботи. Сенсори такого типу мають гарну чутливість, але тільки в певній області автомобіля. Крім того, ці сенсори вимагають посилення сигналу та приведення його до цифрового увазі для сполучення з мікро контролером. Одним з головних їхніх недоліків є нечутливість до нахилу автомобіля (статичному прискоренню). Однак саме чутливість до підйому / нахилу автомобіля є найбільш прямий шлях виявити напад на автомобіль, особливо в тих випадках, коли його намагаються викрасти за допомогою навантаження на інший автомобіль.

ADXL202 легко задовольняє наведеним вище вимогам, так як має необхідну чутливість до всіх перелічених видів впливів і може бути безпосередньо підключений до мікроконтролеру.

ADXL202 має як цифровий (широтно-імпульсний), так і аналоговий виходи. Для застосування в автомобільній сигналізації доцільно використовувати саме цифровий вихід, так як це не вимагає АЦП і наявності різних аналогових фільтрів, описаних у файлі CarApp.Pdf, що знаходиться на сайті Analog Devices. Всі операції з обробки сигналу можуть бути покладені на мікроконтроллер, при цьому не потрібно великих обчислювальних ресурсів, так як обробка буде здійснюватись без виконання паралельних процесів.

Розглянемо техніку декодування й обробки сигналу ADXL202 (опис самого акселерометра і схему включення можна знайти на сайті фірми Analog Devices – www.analog.com).

Цифровий вихід ADXL202 видає

результат у вигляді широтно-модульованого сигналу, в якому відношення ширини імпульсу до періоду пропорційно що додається прискоренню. Таким чином, мікроконтролеру потрібно виміряти тривалість імпульсів і період їх проходження. При цьому формула для обчислення прискорення буде мати вигляд: Acceleration = (Duty-Duty0g) / Duty1 g. З опису на ADXL202 можна побачити, що номінальний коефіцієнт заповнення при нульовому g дорівнює 50%, а зміна коефіцієнта заповнення на один g одно 12,5%. При подстановкеТ1 – ширина імпульсу, Т2 – період, формула набуде вигляду Acceleration = ((T1/T2) -50%) / 12,5%.

Однак, якщо коефіцієнти заповнення при нульовому g і зміни на один g відрізняються від вищенаведених, то результат обчислення прискорення буде невірний. На практиці коефіцієнт заповнення при нульовому g і чутливість ADXL202 значно змінюються від пристрою до пристрою, що відображено в документації. Таким чином вищенаведені формули можуть бути використані для тих застосувань, де не вимагається велика точність вимірів. Для вимірювань з високою точністю необхідно враховувати різну чутливість і зміщення нуля для різних примірників, що на практиці можна реалізувати у вигляді коригуючих коефіцієнтів.

Розглянемо тепер спосіб визначення коефіцієнта заповнення для реалізації обчислень. Найпростіше це зробити, використовуючи таймери / лічильники, які вбудовані в більшість мікроконтролерів. Найбільш просте рішення має наступний вигляд.

Рахунок запускається по передньому фронту на виході X (Ta = 0, рис. 1), значення Tb (задній фронт) запам'ятовується, і таймер зупиняється успадковує передньому фронті Tc. Цей процес повторюється також для виходу Y (Td, Te, Tf).

Зазвичай період Т2 є константою, проте він має тепловий дрейф і деякий фазовий тремтіння. Для систем, що не вимагають точності вимірювання вище 0,1 g, T2 може бути виміряна один раз. Однак для більш акуратного обчислення результату необхідно кілька визначень значення T2 і усереднення результату. Усереднення необхідно періодично повторювати для врахування впливу температурного дрейфу.

При використанні ADXL202 в автосигналізації можна застосувати алгоритм виявлення впливів, наведений на рис. 2.

Більш детальну інформацію з акселерометру ADXL202 можна дізнатися з технічного опису і прикладів застосування, які знаходяться на сайті фірми Analog Devices.

Володимир Зімін