不断升级的传感器设备和基于RX23E-A 单芯片MCU的测力传感器

由 cathy 提交于周五, 25 三月 2022 - 13:46

当下，随着数字化的发展，传感器设备的升级也取得了巨大进展。十多年前，全模拟传感器设备仍然是主流。要实现高精度的传感，必须进行线性化校正与温度补偿等工作，但在全模拟配置中进行上述校正和补偿是一项艰巨的任务。

然而，随着MCU和ADC的普及，一种可通过数字信号处理方便地进行线性化校正与温度补偿的高精度传感器设备问世了。

近几年，传感器设备更是不断发展，已经能够在一个传感器设备上安装多个传感器，信号处理也变得越来越复杂。

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2022-03/wen_zhang_/100558929-247522-1.png&…; alt=“图1 全模拟配置的传感器设备"></center><center>图1 全模拟配置的传感器设备</center>
<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2022-03/wen_zhang_/100558929-247523-2.png&…; alt=“图2 使用ADC和MCU的传感器设备"></center><center>图2 使用ADC和MCU的传感器设备</center>

在这些不断进化的传感器设备中，瑞萨近年来比较关注的是力传感器。例如，力传感器可以安装在机械臂前端，用于测量载荷和扭矩。如下图所示，结构体上安装有应变传感器。结构体受力时，应变传感器将被拉伸或压缩。通过测量其拉伸或压缩量进而可测量出载荷和扭矩。

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2022-03/wen_zhang_/100558929-247524-3.png&…; alt=“图3 六轴力传感器的结构"></center><center>图3 六轴力传感器的结构</center>

六轴力传感器总共安装有6个应变传感器，X/Y/Z这3个轴的载荷和各轴的扭矩汇总计算后即可获得6个轴的测量结果。载荷F和扭矩T根据应变S按如下行列式计算。

为了快速准确地控制机械臂，需要力传感器实现快速精准的应变传感器测量和矩阵运算。此外，关键是基板面积需要控制在可安装在机械臂顶端上的尺寸范围内。

要应对这些课题，RX23E-A或许是最佳的选择。RX23E-A是一款单芯片MCU产品，其内部搭载了可实现低噪声/低漂移的AFE以及具有出色的DSP/FPU运算能力的RXv2内核，并专门针对力传感器进行了配置。本次发布的应用指南总结了基于RX23E-A的六轴力传感器测量实例，下面对其结果进行介绍。

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2022-03/wen_zhang_/100558929-247526-5.png&…; alt=“图4 基于RSSK-RX23E-A评估板的六轴测力系统"></center><center>图4 基于RSSK-RX23E-A评估板的六轴测力系统</center>

测力误差在±0.25%满量程以内，扭矩测量误差在±1%以内，因此可以确认本次所使用的力传感器能够在规格范围内进行测量。

表1 规格和评测结果
<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2022-03/wen_zhang_/100558929-247527-6.png&…; alt=“表1 规格和评测结果"></center>
<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2022-03/wen_zhang_/100558929-247528-7.png&…; alt=“图5 非线性误差评测结果"></center><center>图5 非线性误差评测结果</center>

评估版

本次评测使用瑞萨的Renesas Solution Starter Kit（RSSK-RX23E-A）评估板进行。用户可以将配套的样例程序写入RSSK，进行力传感器测量。还可以利用RSSK配套的PC工具，实时查看力传感器的测量结果。

来源：<a href="https://mp.weixin.qq.com/s/_NM3bB-xTPqblOCVcqB4cg">瑞萨电子（作者：Keisuke Matsumoto Application Engineer）</a>
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