Luận văn Sử dụng cảm biến gia tốc ADXL202 để xây dựng thiết bị trỏ thay thế cho chuột máy tính

Các nghiên cứu trong giao tiếp người - máy nhằm tới mục tiêu giúp cho người sửdụng giao tiếp với máy dễdàng, thuận tiện hơn và tựnhiên hơn. Một trong những chủ đềnghiên cứu của lĩnh vực giao tiếp người – máy là các giao diện haptic. Giao diện hapticsửdụng cảm biến đểthu nhận các cử động của bàn tay và các ngón tay và dùng các thông tin đó cho việc điều khiển các chương trình máy tính. Các giao diện hapticcó thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong các trò chơi 3-D và các chương trình thực tại ảo, ở đó người sửdụng thường phải thực hiện các thao tác phức tạp nhưtrong thếgiới thực. Hình dưới đây mô tảmôhình giao diện haptic sửdụng các cảm biến được gắn vào đầu các ngón tay đểthu nhận các cử động, thông tin nhận được từcác cử động đó sẽtruyền đến máy tính để điều khiển

pdf50 trang | Chia sẻ: ngtr9097 | Lượt xem: 2560 | Lượt tải: 5download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Sử dụng cảm biến gia tốc ADXL202 để xây dựng thiết bị trỏ thay thế cho chuột máy tính, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Hoàng Trung Thành SỬ DỤNG CẢM BIẾN GIA TỐC ADXL202 ĐỂ XÂY DỰNG THIẾT BỊ TRỎ THAY CHO CHUỘT MÁY TÍNH KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Điện tử - Viễn thông Cán bộ hướng dẫn: TS. Lê Vũ Hà Đồng hướng dẫn:CN. Phạm Duy Hưng HÀ NỘI – 2005 Lời cảm ơn Trước tiên tôi xin chân thành cám ơn Thầy giáo TS. Lê Vũ Hà, cùng Người đồng hướng dẫn cử nhân Phạm Duy Hưng thuộc Khoa Điện Tử- Viễn Thông đã tận tình hướng dẫn tôi tìm hiểu và nghiên cứu khóa luận này. Tôi cũng tỏ lòng biết ơn tới các Thầy, cô giáo trong Trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà Nội đã có công đào tạo, quan tâm, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khóa luận này. Đồng thời em cũng chân cảm ơn các cán bộ trong phòng Robot đã tạo mọi điều kiện cho em làm tốt phần thực nghiệm của mình Cuối cùng, tôi muốn cám ơn tới tất cả bạn bè, gia đình và người thân đã đông viên và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành khóa luận này. Hà nội, ngày 1 tháng 6 năm 2005 Sinh viên TÓM TẮT NỘI DUNG Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ điện tử, việc phát minh ra các linh kiện mới có kích thước vô cùng nhỏ với tính năng ứng dụng cao. Các linh kiện đã được tích hợp theo quy trình sản xuất theo công nghệ cao góp phần thu gọn các sản phẩm điện tử. Công nghệ vi cơ điện tử đã được phát triển mạnh ở nhiều nước và nó cũng được đầu tư phát triển vì trong tương lai công nghệ này sẽ góp phần vào việc phát triển ngành công nghệ điện tử với những ưu điểm của nó. Khoá luận này trình bày về vấn đề sử dụng cảm biến gia tốc kiểu tụ chế tạo theo công nghệ MEMS, sử dụng cảm biến gia tốc ADXL202 để xây dựng thiết bị trỏ chuột bằng tay. Xây dựng hệ thống điều khiển chuột dựa vào việc thay đổi số xung vào hai kênh X và Y của cảm biến ADXL202. Tín hiệu giả chuột được thực hiện bằng phần mềm nhúng vào vi điều khiển Basic Stamp (BS2sx). Tìm hiểu chuẩn PS/2 và cách định dạng gói dữ liệu của nó. Đồng thời khoá luận cũng tìm hiểu được dịnh dạng chuẩn PS/2 chuột. cũng như các gửi dữ liệu tới PC của nó. MỤC LỤC Chương 1: Giới thiệu………………………………………………………1 Chương 2: Giới thiệu tổng quan về công nghệ MEMS…………………..4 2.1. Giới thiệu chung những đặc điểm của công nghệ MEMS……….4 2.2. Xu hướng phát triển công nghệ trong tương lai…………….........5 Chương 3: Cảm biến gia tốc kiểu tụ chế tạo theo công nghệ MEMS……7 3.1 Nguyên tắc hoạt động của cảm biến gia tốc MEMS kiểu tụ…........7 3.2 Cảm biến gia tốc MEMS kiểu tụADXL202……………………….9 3.2.1 Đặc tính của cảm biến gia tốc ADXL202………………………..9 3.2.2 Cấu trúc của cảm biến ADXL202………………………………10 3.3 Đặc tuyến của cảm biến…………………………………………..16 Chương 4: Vi điều khiển Basic Stamp.........................................................18 4.1 Giới thiệu về Basic Stamp ……………………………………….18 4.2 Ngôn ngữ lập trình cho Basic Stamp …………………………….23 Chương 5: Ứng dụng cảm biến ADXL202 xây dựng hệ thống trỏ chuột máy tính……………………………………………………………………..25 5.1 Khái quát chuột máy tính…………………………………………25 5.2 Chuẩn PS/2………………………………………………………..30 5.3 Mô hình hệ thống………………………………………………….35 Kết luận………………………………………………………………………40 Phụ lục………………………………………………………………………..41 Tài liệu tham khảo Tài liệu tham khảo [1] Analog devices, Inc. [2] Ann. Rev. Fluid Mech “Microeclectromechical Systems”. [3] Colinfahey “Basic Stamp and PS/2 mouse”. [4] Grigore C. Burdea “Haptic feedback for Vitual Reality” [5] Parallax Inc. www.parallaxinc.com. [6] Phạm Duy Hưng, Trần Thu Hồng, Đặng Cao Sơn, Nguyễn Thăng Long,Trần Quang Vinh và Nguyễn Phú Thuỳ “Ứng dụng cảm biến gia tốc MEMS để đo các góc nghiêng” kỉ yếu hội nghị toàn quốc về khí cụ bay có điều khiển. [7] Scott Edwards “programming and Customizing the Basic Stamp omputer”. Khóa luận tốt nghiệp Xây dựng thiết bị trỏ chuột máy tính CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU Các nghiên cứu trong giao tiếp người - máy nhằm tới mục tiêu giúp cho người sử dụng giao tiếp với máy dễ dàng, thuận tiện hơn và tự nhiên hơn. Một trong những chủ đề nghiên cứu của lĩnh vực giao tiếp người – máy là các giao diện haptic. Giao diện haptic sử dụng cảm biến để thu nhận các cử động của bàn tay và các ngón tay và dùng các thông tin đó cho việc điều khiển các chương trình máy tính. Các giao diện haptic có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong các trò chơi 3-D và các chương trình thực tại ảo, ở đó người sử dụng thường phải thực hiện các thao tác phức tạp như trong thế giới thực. Hình dưới đây mô tả mô hình giao diện haptic sử dụng các cảm biến được gắn vào đầu các ngón tay để thu nhận các cử động, thông tin nhận được từ các cử động đó sẽ truyền đến máy tính để điều khiển Hình1.1: Các cảm biến được gắn vào tay. Hình 1.2: Điều khiển thực tại ảo. ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - DHQG HN 1 Khóa luận tốt nghiệp Xây dựng thiết bị trỏ chuột máy tính Hình 1.3: Việc gắn các cảm biến lên bàn tay và ngón tay. Sau đây là những hình ảnh ứng dụng của giao diện haptic trong các lĩnh vực điều khiển, y tế… Hình 1.4: Điều khiển máy tính thông qua thông qua bàn tay. ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - DHQG HN 2 Khóa luận tốt nghiệp Xây dựng thiết bị trỏ chuột máy tính Hình 1.5: Áp dụng trong lĩnh vực cơ khí. Mục tiêu của khoá luận này là xây dựng một mô hình đơn giản cho giao diện haptic, sử dụng cảm biến gia tốc để thu nhận thôn tin về vị trí cử động của bàn tay và các ngón tay. Dùng các thông tin đó để điều khiển con trỏ trên màn hình máy tính. ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - DHQG HN 3 Khóa luận tốt nghiệp Xây dựng thiết bị trỏ chuột máy tính CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MEMS 2.1 Giới thiệu chung những đặc điểm của công nghệ MEMS. Hệ thống vi cơ điện tử MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) là sự hợp thành của các yếu tố cơ và điện. Các linh kiện MEMS lúc đầu chỉ là những sản phẩm trong lĩnh vực cơ làm các đầu đo áp suất và biến dạng thay cho các đầu đo truyền thống. Sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là của công nghệ vi điện tử đã giúp cho công nghệ MEMS có những bước phát triển mạnh mẽ, mở ra nhiều các kỹ thuật sản xuất mới: công nghệ vi cơ dạng khối (bulk-micromachining), và công nghệ vi cơ bề mặt (surface-micromachining) với vật liệu chủ yếu là đơn tinh thể silic. Các thành tựu đạt được cho thấy, công nghệ MEMS không chỉ bó hẹp trong các loại cảm biến cơ, mà có thể phát triển ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực cảm biến khác: cảm biến nhiệt, cảm biến từ, cảm biến quang, cảm biến hoá, cảm biến sinh học. Không chỉ đơn thần trong lĩnh vực cảm biến mà trong các hệ chấp hành và trong các hệ điều khiển tự động. Có thể nói rằng công nghệ MEMS là công nghệ của thiên niên kỷ mới, công nghệ của tương lai. Các sản phẩm của MEMS được ứng dụng rất rộng rãi đặc biệt trong điều khiển tự động. Những sản phẩm được tích hợp rất nhỏ từ các thành phần cơ và điện, kích thước từ vài µm (micro met) Æ vài mm (milimet). Do sự tích hợp cao như vậy nên trên một hệ thống MEMS có thể có đến hàng triệu linh kiện điện tử. Bằng cách kết hợp công nghệ điện tử và công nghệ vi cơ có khả năng tích hợp hàng triệu linh kiệnh đó trên một chíp. Những thành phần điện được cấu tạo bằng cách sử dụng công nghệ của mạch tích hợp (IC). Những thành phần cơ học lại được cấu tạo từ công nghệ vi cơ (micromachining) trên đế Silic hoặc thêm vào những lớp cấu trúc mới để hình thành nên những thiết bị cơ và cơ điện tử. ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - DHQG HN 4 Khóa luận tốt nghiệp Xây dựng thiết bị trỏ chuột máy tính Hình 2.1:Cấu trúc bộ cảm biến bộ chấp hành điều khiển hệ thống vi cơ Trong nhiều ứng dụng, MEMS đã tạo ra được bước chuyển dịch từ những nghiên cứu trong phòng thí nghiệm tới những sản phẩm thương mại với thị trường rộng. Trong tương lai những ứng dụng MEMS không những cho phép thu nhận thông tin, truyền thông mà còn cho phép cảm biến, điều khiển môi trường từ xa với giá thành thấp, độ tin cậy cao, độ ổn định cao. Với sự kết hợp những khả năng trên, MEMS sẽ đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế, bao gồm các lĩnh vực như chăm sóc sức khoẻ, giao thông, quân sự, không gian, xây dựng, sản xuất, kiến trúc và hệ thống truyền thông. Những ứng dụng được áp dụng: trong y học ,công nghệ hàng không, trong công nghệ thông tin… 2.2 Xu hướng phát triển công nghệ MEMS: Trong tương lai MEMS sẽ được áp dụng với những chức năng lớn hơn, áp dụng rộng dãi hơn. Các thiết bị vi cơ có thể làm việc độc lập hoặc có thể làm việc phối hợp cùng nhau. Thiết bị vi cơ có kích thước nhỏ cho nên nó có thể áp dụng trong các lĩnh vực mà các linh kiện khác không đáp ứng được do yêu cầu về kích thước hay độ chính xác. Tuy nhiên vật liệu chế tạo MEMS thì mới ở trạng thái khởi đầu, vì vây việc tìm ra những vật liệu mới phù hợp rất thuận lợi cho việc phát triển công nghệ MEMS. Trong tương lai thì những sản phẩm MEMS sẽ phục vụ trong nhiều lĩnh vực của đời sống hơn do những ưu việt của nó. Sự đầu tư của các công ty lớn vào MEMS đã đem lại cho nó những thành công và ngày càng xuất hiện nhiều sản phẩm thương hiệu hóa . Với những đặc điểm nhỏ gọn, xử lý thông minh thì ngày nay các sản phẩm áp dụng công nghệ MEMS được phát triển ở nhiều nước và rất được quan tâm. Hiện nay tại Trường Đại Học Quốc Gia Thì MEMS cũng rất được quan tâm, và đầu tư phát triển. Trường đã thành lập một phòng nghiên cứu về MEMS gồm các thầy giáo và các sinh viên và quan tâm nghiên cứu về công nghệ này. Thông qua quá trình tìm hiểu nghiên cứu đã có một số kết quả bước đầu. có rất nhiều đề tài nghiên cứu ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - DHQG HN 5 Khóa luận tốt nghiệp Xây dựng thiết bị trỏ chuột máy tính khoa học có giá trị. Những nghiên cứu này mục đích là áp dụng các linh kiện MEMS vào lĩnh vực công nghệ điện tử và viễn thông . ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - DHQG HN 6 Khóa luận tốt nghiệp Xây dựng thiết bị trỏ chuột máy tính CHƯƠNG 3 CẢM BIẾN GIA TỐC KIỂU TỤ THEO CÔNG NGHỆ MEMS Cảm biến gia tốc là một thiết bị có thể cảm nhận sự thay đổi của gia tốc và đo được sự thay đổi đó. Cảm biến gia tốc chế tạo theo công nghệ vi cơ điện tử có hai loại là cảm biến kiểu tụ và cảm biến kiểu áp trở. Trong các ứng dụng thì việc lựa chọn sử dụng cảm biến nào tuỳ thuộc vào yêu cầu và đặc điểm của ứng dụng đó. Cảm biến kiểu áp trở có ưu điểm là công nghệ cấu tạo rất đơn giản. Tuy nhiên nhược điểm của nó là hoạt động phụ thuộc nhiều vào sự thay đổi nhiệt độ và có độ nhạy kém hơn cảm biến kiểu tụ. Các cảm biến kiểu tụ có độ nhạy cao hơn, ít bị phụ thuộc vào nhiệt độ, ít bị nhiễu và mất mát năng lượng. Tuy nhiên chúng có nhược điểm là mạch điện tử phức tạp hơn. Hiện nay cảm biến gia tốc kiểu tụ được ứng dụng rộng rãi hơn .Trong khóa luận này sử dụng cảm biến gia tốc ADXL202 kiểu tụ chế tạo theo công nghệ vi cơ điện tử MEMS. 3.1. Nguyên tắc hoạt động của cảm biến gia tốc MEMS kiểu tụ: Hình 2.1 đưa ra nguyên tắc đo gia tốc xét tương tự như hệ dao động lò xo gồm: vật có khối lượng m, lò xo có độ cứng k. Hình 3.1:Hệ khối lượng lò xo để đo gia tốc ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - DHQG HN 7 Khóa luận tốt nghiệp Xây dựng thiết bị trỏ chuột máy tính Ta thấy theo định luật Hooke thì lực tác dụng tỷ lệ với độ biến dạng của lò so: F= kx. Mà theo định luật II Newton đối với hệ quy chiếu quán tính ta lại có : F= ma. Từ đó ta có: a = m kx , Để đo được gia tốc ta chỉ cần tính độ dịch chuyển do các giá trị độ cứng k và khối lượng vật đã biết, người ta có thể sử dụng thuộc tính điện của tụ điện có hai bản cực song song khoảng cách giữa hai bản tụ có thể thay đổi được. Hình 3.2:Mô hình hai tụ nối tiếp nhau. Điện dung của tụ điện đơn là C= 0x k , với k là hằng số phụ thuộc vào thuộc tính của môi trường nằm giữa hai bản tụ. Nếu biết k, điện dung của tụ điện C ta có thể tính được x0. Cũng trong hình 3, nếu bản tụ nằm giữa CA và CB dịch chuyển một khoảng là x thì 0xx kCA += , 0xx kCB −= (1) hay có thể viết lại là: xx x CCA += 0 0 , xx x CCB −= 0 0 (2) do đó ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −−+=−=∆ xxxxCxCCC BA 000 11 (3) Với khoảng x dịch chuyển nhỏ, phương trình trên có thể rút gọn thành: ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - DHQG HN 8 Khóa luận tốt nghiệp Xây dựng thiết bị trỏ chuột máy tính 0 2 x xCC ≈∆ (4) Như vậy, nếu gắn khối lượng m của cảm biến vào bản tụ nằm giữa hệ hai tụ điện nối tiếp thì có thể xác định được độ dịch chuyển của nó dưới tác dụng của lực F, tức là xác định được gia tốc thông qua việc xác định giá trị ∆C. 3.2. Cảm biến gia tốc MEMS kiểu tụ ADXL202: ADXL202 là cảm biến gia tốc kiểu tụ chế tạo theo công nghệ MEMS của hãng Analog Devices. 3.2.1 Đặc tính của cảm biến gia tốc ADXL202: Kích thước của cảm biến rất ADXL202 rất nhỏ: rất thuận lợi cho những thiết bị trỏ điều khiển gắn tay. Hình 3.3:Hình ảnh cảm biến trên tay Cảm biến gia tốc góc 2 kênh cho lối ra với xung tỷ lệ với gia tốc. Có hai loại lối ra: đó là lối ra tương tự và lối ra số. - Lối ra tương tự (mức điện áp tương tự tỷ lệ gia tốc) - Lối ra số (độ rộng xung tỷ lệ với gia tốc) Ta có thể sử dụng cảm biến để đo cả gia tốc tĩnh (gia tốc trọng trường khoảng ±2g) và gia tốc động (như độ rung, độ nghiêng). Đối với gia tốc tĩnh thì nó chính là hình chiếu trên phương gia tốc trọng trường. ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - DHQG HN 9 Khóa luận tốt nghiệp Xây dựng thiết bị trỏ chuột máy tính Hình 3.4:Véc tơ gia tốc trên phương véc tơ gia tốc trọng trường 3.2.2 Cấu trúc của cảm biến gia tốc ADXL202: Hình 2.3 dưới miêu tả sơ đồ khối của ADXL202: Hình 3.5: Sơ đồ khối của cảm biến ADXL202 Cảm biến gia tốc hai chiều kiểu tụ cho phép xác định một cách độc lập các gia tốc theo các phương trục toạ độ X và Y. Theo sơ đồ khối ta thấy cảm biến này có hai loại lối ra đó là lối ra số trên các kênh Xout và Yout (độ rộng xung tỉ lệ với gia tốc) và lối ra tương tự trên các kênh Yfilt và Xfilt (mức điện áp tương tự tỉ lệ với gia tốc). Cảm biến có thể được sử dụng để đo cả gia tốc tĩnh và gia tốc động. ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - DHQG HN 10 Khóa luận tốt nghiệp Xây dựng thiết bị trỏ chuột máy tính Bề mặt của cảm biến là có cấu tạo từ nhiều lớp silíc, trên bề mặt có cấu tạo là những lò xo cung cấp điện trở để kìm hãm gia tốc. Mọi sự chuyển động của những khối không cân xứng các tụ khác nhau kết quả là sẽ xuất hiện một xung vuông ở lối ra với biên độ tỷ lệ với gia tốc. Trên mỗi trục sẽ được dải điều biến chỉnh sửa tín hiệu và xác định rõ hướng của gia tốc. Lối ra này cung cấp tới bộ điều biến chu kỳ xung (DCM) đó là sự kết hợp chặt chẽ những tụ bên ngoài để đặt dải thông trên mỗi trục. Tín hiệu tương tự đã được lọc và chuyển đổi tới chu kỳ xung lối ra bởi DCM. Sau khi qua bộ DCM tín hiệu thu được sẽ là tín hiệu số. Điện trở Rset đặt độ rộng xung PWM (T2). Còn tín hiệu tương tự thu được ở các kênh Xfilt và Yfilt thông qua các tụ lọc Cx và Cy. Một điện trở ngoài đặt khoảng thời gian của chu kỳ công suất lối ra.A(g)= 0 (g) gia tốc tạo ra 50% chu kỳ xung suất lối ra. Chi phí thấp, tất cả là số, vi điều khiển có thể được sử dụng để đo gia tốc bởi sự định thời cả hai chu kỳ xung và khoảng thời gian trên mỗi trục. Cấu hình chân của cảm biến ADXL202: Hình 3.6: Sơ đồ chân của cảm biến ADXL202 ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - DHQG HN 11 Khóa luận tốt nghiệp Xây dựng thiết bị trỏ chuột máy tính Chân Tên Mô tả chức năng 1 NC Không kết nối 2 TPV Test point 3 ST Self Test 4 COM Chân chung 5 T2 Nối với Rset để đặt T2 6 NC Không kết nối 7 COM Chân chung 8 NC Không kết nối 9 Yout Lối ra số kênh Y 10 Xout Lối ra số kênh X 11 Yfilt Lối ra tương tự kênh Y 12 Xfilt Lối ra tương tự kênh X 13 DDV +3V đến +5.25V 14 DDV +3V đến +5.25V Dạng xung lối ra số của cảm biến ADXL202: ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - DHQG HN 12 Khóa luận tốt nghiệp Xây dựng thiết bị trỏ chuột máy tính Lối ra số của ADXL202 là bộ điều biến chu kỳ công suất. Gia tốc tỷ lệ với tỷ số T1/T2. Định mức lối ra của ADXL202 là: 0 g = 50% chu kỳ công suất Scale factor là 12.5% chu kỳ công suất thay đổi trên g Chọn dải thông sử dụng CX và CY: ADXL202 cung cấp giới hạn dải cho các chân Xfilt và Yfilt. Các tụ phải thêm tại những chân để thực hiện bộ lọc thông thấp tránh hiện tượng chồng phổ và giảm nhiễu. Công thức tính 3 db dải thông: F-3 db = )).(*)32(2( yxCkΩπ 1 Hay đơn giản hơn: F-3 db = ),( yxC 5 Fµ Dung sai của điện trở nội (Rfilt) có thể thay đổi nhiều khoảng ±25% với giá trị định mức là 32KΩ, vậy dải thông sẽ thay đổi theo. Dung kháng tối thiểu trong mọi trường hợp yêu cầu là 1000 pF cho C(X,Y). Lựa chọn tụ lọc, CX và CY: Dải thông Giá trị của tụ 10Hz 0.47µF 50Hz 0.10µF 100Hz 0.05µF ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - DHQG HN 13 Khóa luận tốt nghiệp Xây dựng thiết bị trỏ chuột máy tính 200Hz 0.027µF 500Hz 0.01µF 5kHz 0.001µF Chu kỳ lối ra của DCM được đặt cho cả hai kênh bởi một điện trở đơn từ RSET tới đất. công thức tính toán chu kỳ: T2 = Ω Ω M Rset 125 )( Giá trị điện trở cho T2: T2 RSET 1ms 125kΩ 2ms 250kΩ 5ms 625kΩ 10ms 1.25MΩ Tính gia tốc lối ra: theo sự nghiên cứu và thực nghiệm thì gia tốc của cảm biến ADXL202 được tính theo công thức sau: Acceleration (in g) = gpercycleDuty gZeroatCycleDutyCycleDuty − ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - DHQG HN 14 Khóa luận tốt nghiệp Xây dựng thiết bị trỏ chuột máy tính Theo những đặc điểm chính của data sheet, thì định mức chu kỳ công suất lối ra của ADXL202 là 50% tại Zero g và 12.5% chu kỳ công suất thay đổi per g. Bởi vậy công thức tính chu kỳ công suất như sau: Acceleration (in g) = %5.12 %50)2/1( −TT H Người thiết kế cần nắm vững những khái niệm sau: Resolution(độ phân giải): sự thay đổi tín hiệu nhỏ nhất cần phát hiện ra. Bandwidth(băng thông): tần số cao nhất cần được phát hiện ra. Acquisition Time(thời gian nhận): đó là thời có thể nhận tín hiệu trên mỗi trục. Những khái niệm trên sẽ giúp xác định rõ dải thông của gia tốc kế, tốc độ đồng hồ của vi điều khiển và chiều dài của chu kỳ T2. Sự lựa chọn dải thông của gia tốc kế sẽ được xác định rõ bằng đo đạc độ phân dải (dải thông nhỏ nhất có thể phát hiện ra gia tốc). bộ lọc có thể được sử dụng làm giảm nhiễu nền và cải thiện độ phân giải của gia tốc kế. Độ phân giải phụ thuộc vào cả dải thông bộ lọc tín hiệu tương tự tại Xfilt và Yfilt và tốc độ của bộ đếm vi điều khiển. Lối ra của tương tự của ADXL202 có đặc trưng dải thông khoảng 5kHz, cao hơn nhiều so với trạng thái của chu kỳ công suất có khả năng chuyển đổi. Người sử dụng phải lọc tín hiệu tại những thời điểm để giới hạn hiện tượng chồng phổ. Để làm giảm tối thiểu lỗi DCM dải thông tín hiệu tương tự cần nhỏ hơn 1/10 tần số DCM. Dải thông của tín hiệu tương tự có thể giảm hơn nữa để làm giảm nhiễu và cải thiện độ phân giải. Nhiễu của ADXL202 có thể xác định thông qua công thức sau: Noise(rms) = (500 µg/ z )*( ). 5.1*BW Tại 100Hz giá trị của nhiễu sẽ là: ) =6.12 mg Noise(rms) = (500 µg/Hz)*( )5.1(*100 ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - DHQG HN 15 Khóa luận tốt nghiệp Xây dựng thiết bị trỏ chuột máy tính Thường thì giá trị đỉnh của nhiễu là giá trị mong muốn. nhiễu đỉnh – đỉnh được ước lượng bằng phương pháp thống kê. Bandwith CX,CY Rms noise Peak to peak noise 10Hz 0.47µF 1.9 mg 7.6 mg 50Hz 0.10µF 4.3 mg 17.2 mg 100Hz 0.05µF 6.1 mg 24.4 mg 200Hz 0.027µF 8.7 mg 35.8 mg 500Hz 0.01µF 13.7 mg 54.8 mg 3.3.Đặc tuyến ra của ADXL202: Khảo sát hệ hệ giao động lò so ta thấy mối quan hệ giữa số xung thu được từ bộ đếm và góc nghiêng của cảm biến so với phương của trọng trường ta thu được tín hiệu hình sin điều hoà như hình vẽ 2.7. Phương trình của dạng xung lối ra : P(t) = Asin(αt + ϕ) + offset Theo hình vẽ 2.7 ta có: - Biên độ của đặc tuyến: A = 2 minmax PP − - Độ dịch offset: ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - DHQG HN 16 Khóa luận tốt nghiệp Xây dựng thiết bị trỏ chuột máy tính Offset = A + Pmin = 2 minmax PP + Hình 3.7: Mối quan hệ giữa góc và xung lối ra Từ các phương trình trên ta có cơ sở để tính toán góc nghiêng dựa vào lối ra số của cảm biến gia tốc: Xung = Asin(góc) + offset Góc = arcsin[(xu