第一篇：MEMS加速度傳感器簡(jiǎn)介(最終版)

MEMS電容式加速度傳感器

學(xué)校：哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）

學(xué)院：信息與電氣工程學(xué)院

專(zhuān)業(yè)：電子科學(xué)與技術(shù)

作者：胡詣?wù)?90260207

紀(jì)鵬飛090260208

摘

要

本文從MEMS電容式加速度傳感器的基本原理切入，主要介紹了該類(lèi)型傳感器的原理和三種主要結(jié)構(gòu)：三明治式、扭擺式、梳齒式及其各自結(jié)構(gòu)方面優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)介紹目前應(yīng)用較為廣泛的集成式的基于電容原理的芯片MMA7455，主要分析了該集成傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和應(yīng)用。

關(guān)鍵字：MEMS，電容式，加速度傳感器，MMA7455

Abstract In this paper, we discussed the MEMS capacitive accelerometer from its fundamental principle and its three main structure which are sandwich, twist, and comb.Different structures have their own advantages.We also give the introduction to a popular IC accelerometer MM7455, putting an emphasis on its internal structure and some applications.Key words:MEMS, capacitive, accelerometer, MMA745

5一、引言

1.1 MEMS加速度傳感器簡(jiǎn)介

MEMS(Micro-Machined Electro Mechanical Sensor)是微機(jī)電機(jī)械傳感器的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是一種微米級(jí)的類(lèi)似集成電路的裝置和工具。MEMS技術(shù)是一項(xiàng)有著廣泛應(yīng)用前景的基礎(chǔ)技術(shù)。以半導(dǎo)體技術(shù)和微機(jī)電加工工藝設(shè)計(jì)、制造的MEMS傳感器，集成度高，并可與信號(hào)處理電路集成在一起，大大降低了生產(chǎn)成本，已在汽車(chē)、消費(fèi)電子和通信電子領(lǐng)域取得極大發(fā)展。

MEMS加速度傳感器按敏感原理的不同可以分為壓電式、壓阻式、電容式、諧振式、熱對(duì)流式等。本文主要介紹MEMS電容加速度傳感器。

二、傳感器工作原理與常見(jiàn)結(jié)構(gòu)

2.1 MEMS電容式加速度傳感器工作原理

電容式微加速度傳感器的基本結(jié)構(gòu)是質(zhì)量塊與固定電極構(gòu)成的電容。當(dāng)加速度使質(zhì)量塊產(chǎn)生位移時(shí)改變電容的重疊面積或間距。檢測(cè)到的電容信號(hào)經(jīng)過(guò)前置放大、信號(hào)調(diào)理后，以直流電壓方式輸出，從而間接實(shí)現(xiàn)對(duì)加速度的檢測(cè)。

如圖1所示，電容式加速度傳感器由兩塊固定電極夾著一塊活動(dòng)電極。在靜止的情況下，活動(dòng)電極與兩塊固定電極的距離均為d0形成兩個(gè)大小為C0的串聯(lián)的電容。

當(dāng)加速度傳感器檢測(cè)加速度時(shí)，活動(dòng)電極受加速度力產(chǎn)生位移，兩個(gè)電容的d發(fā)生變化。根據(jù)平行板電容的計(jì)算公式：

??SC?r0d

可知兩個(gè)電容的大小將發(fā)生變化。由于此時(shí)電容值和極板間隙不是線性關(guān)系，常常采用差動(dòng)電容檢測(cè)方式以解決線性問(wèn)題：

?C?

?r?0Sd0??d??r?0Sd0??d?2?r?0S?d2d0

上式在?d??d時(shí)成立。

圖2-1 MEMS電容式加速度傳感器工作示意圖

2.2 MEMS電容加速度傳感器的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)

2.2.1三明治式

所謂“三明治”結(jié)構(gòu)，就是指檢測(cè)質(zhì)量夾在兩塊玻璃片之間的結(jié)構(gòu)形式，如圖3-1所示。固定電極分布在活動(dòng)電極兩邊，敏感質(zhì)量塊的上下兩面均作為動(dòng)極板。當(dāng)有加速度作用時(shí)，敏感質(zhì)量塊發(fā)生擺動(dòng)，一對(duì)電容極板間的間距變大，而另一對(duì)電容極板閉的問(wèn)距變小，從而形成差動(dòng)檢測(cè)電容。這種結(jié)構(gòu)需要雙面光刻，加工工藝設(shè)備較多．器件加工制造難度較大：井因?yàn)閼冶壑瘟核艹惺艿膽?yīng)力有限，這種傳感器所能測(cè)量的最大加速度值較小。

圖2-2三明治式電容加速度計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2.2 扭擺式

扭擺式是基于三明治式，扭擺式微加速度計(jì)的兩個(gè)固定電容極板設(shè)計(jì)在活動(dòng)極板的同一側(cè)形成的。由圖3—2扭擺式微加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)可以看出，位于支承彈性粱兩邊的敏感質(zhì)量和慣性矩不相等，當(dāng)有垂直于基片的外界加速度作用時(shí)，敏感質(zhì)量片將圍繞支承彈性粱扭轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)電容大小發(fā)生變化，一對(duì)結(jié)構(gòu)電容增大，一對(duì)結(jié)構(gòu)電容減小．從而形成結(jié)構(gòu)差動(dòng)電容，測(cè)量此差動(dòng)電容值即可得到外界輸入的加速度載荷大小。這種傳感器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，不需要雙面光刻．且能進(jìn)行較大加速度值的測(cè)量。

圖2-3 扭擺式電容加速度計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2-4 蹺蹺板式扭擺式電容加速度計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2.3疏齒式

梳齒式電容加速度計(jì)利用若干對(duì)梳齒形狀的電極形成檢測(cè)電容和加力電容，它的一個(gè)明顯優(yōu)點(diǎn)就是利用增加電極數(shù)的方式來(lái)增大檢測(cè)電容。梳齒有定齒和動(dòng)齒兩種，定齒固定在基片上，動(dòng)齒則附著在檢測(cè)質(zhì)量上。檢測(cè)質(zhì)量由彈簧支撐于基片上。當(dāng)有外部加速度輸入時(shí)，動(dòng)齒隨同檢測(cè)質(zhì)量一起運(yùn)動(dòng)，并產(chǎn)生微位移，引起動(dòng)齒與定齒之間電容的變化，電容的變化量可以通過(guò)檢測(cè)電路檢測(cè)出來(lái)，進(jìn)而檢測(cè)出微位移和輸入加速度的值。其鍵臺(tái)強(qiáng)度高、面積大、難度低，鍵臺(tái)接觸電阻小、均勻且成品率高，提高了加速度計(jì)的分辨率和精度。但是結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜，加工起來(lái)難度較大。

圖2-5 疏齒式電容加速度計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖

三、MMA7455三軸加速度傳感器

3.1 MMA7455內(nèi)部結(jié)構(gòu)

MEMS加速度傳感器主要有兩部分：微電子技術(shù)加工的電容性機(jī)械系統(tǒng)（Micro Electro Mechanical System）和帶有閉環(huán)反饋的信號(hào)轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)ASIC（Application System Integrated Circuit）。MMA7455內(nèi)部由三軸加速度傳感器、多路開(kāi)關(guān)、C—V轉(zhuǎn)換器、放大電路、AD轉(zhuǎn)換、以及控制電路與輸出

驅(qū)動(dòng)電路，如圖3-1所示。

圖3-1 MMA7455內(nèi)部結(jié)構(gòu)

3.2 MMA7455應(yīng)用

3.2.1 MMA7455加速度測(cè)量

MMA7455可以設(shè)置三種模式2g、4g和8g，不同模式下測(cè)量精度不同輸出也不同。根據(jù)三軸檢測(cè)數(shù)據(jù)的輸出與芯片工作模式可以計(jì)算出不同軸方向加速度分量大小，最后求出加速度方向與大小。圖3-2為2g模式下芯片不同放置X、Y、Z的輸出。

圖3-2

由圖可以看出芯片縱向?yàn)閄軸方向，橫向?yàn)閅軸方向，垂直方向?yàn)閆軸。對(duì)于傳感器模式的選擇及g值的選擇強(qiáng)調(diào)不同的應(yīng)用環(huán)境。一般來(lái)說(shuō)1.5g適合自由落體與精確的傾斜補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用，2g適合手持運(yùn)動(dòng)檢測(cè)與游戲控制器，4g適合低振動(dòng)監(jiān)控、運(yùn)輸與處理，8g適合高震動(dòng)監(jiān)控與較高震動(dòng)的讀取。合適選取模式可以獲得較高的精確度。

3.2.2 MMA7455傾角測(cè)量

加速度傳感器可以用于多種場(chǎng)合的檢測(cè)與監(jiān)控，如傾斜度的偵測(cè)、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、定位偵測(cè)、震動(dòng)偵測(cè)、振動(dòng)偵測(cè)以及自由落體等。利用三軸加速度傳感器計(jì)算單軸傾角。圖3-3是傾角測(cè)量圖解。這時(shí)加速度輸出與傾角的關(guān)系

所以γ可以用反正切方程求的

圖3-3傾角測(cè)量圖解

四 總結(jié)

本文介紹了電容式微機(jī)械加速度傳感器工作原理，結(jié)構(gòu)組成以及飛思卡爾半導(dǎo)體公司的MMA7455三軸加速度傳感器芯片內(nèi)部組成、測(cè)量應(yīng)用等。電容式加速度微傳感器具有靈敏度高、直流響應(yīng)和噪聲特性好、溫漂低、低溫靈敏度好、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 劉曉寧《半導(dǎo)體傳感器》 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）2011

[2] 孫以材編著 《微電子機(jī)械加工系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)基礎(chǔ)》 冶金工業(yè)出版社 2009 [3] Sadra/Smith 《Microelectronics Circuits》電子工業(yè)出版社2006

[4] 王巍等 基于微機(jī)械傳感器的傾角傳感器 2010

[5] Freescale Semiconductor, Inc.MMA7455 Device User Guide.

第二篇：傳感器實(shí)訓(xùn)室簡(jiǎn)介

衡水職業(yè)技術(shù)學(xué)院

機(jī)電工程系傳感器實(shí)訓(xùn)室簡(jiǎn)介

傳感器實(shí)訓(xùn)室是機(jī)電工程系專(zhuān)業(yè)實(shí)訓(xùn)室之一，該實(shí)訓(xùn)室可承擔(dān)機(jī)電系應(yīng)用電子技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、電氣自動(dòng)化技術(shù)專(zhuān)業(yè)的傳感器技術(shù)與應(yīng)用課程的實(shí)驗(yàn)或?qū)嵱?xùn)。

實(shí)訓(xùn)室主要設(shè)備：

浙江天煌科技實(shí)業(yè)有限公司的THSCCG-1實(shí)驗(yàn)臺(tái)。

實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要由試驗(yàn)臺(tái)部分、三源板部分、處理（模塊）電路部分和數(shù)據(jù)采集通訊部分組成。

實(shí)訓(xùn)室可進(jìn)行的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目：

結(jié)合本裝置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以完成大部分常用傳感器的實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用，個(gè)別涉及頻率特性測(cè)試的實(shí)驗(yàn)需要普通20MHz帶寬示波器完成。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括金屬箔應(yīng)變傳感器、差動(dòng)變壓器、差動(dòng)電容、霍耳位移、霍耳轉(zhuǎn)速、磁電轉(zhuǎn)速、擴(kuò)散硅壓力傳感器、壓電傳感器、電渦流傳感器、光纖位移傳感器、光電轉(zhuǎn)速傳感器、集成溫度傳感器（AD590）、K型、E型熱電偶、PT100鉑電阻、濕敏傳感器、氣敏傳感器共17種，三十多個(gè)實(shí)驗(yàn)。

第三篇：ICP加速度傳感器調(diào)理電路設(shè)計(jì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)2

第二章

ICP加速度傳感器簡(jiǎn)介

2.1 壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)與原理

2.1.1 壓電式加速度傳感器結(jié)構(gòu)

壓電式傳感器是由壓電效應(yīng)制作，其機(jī)構(gòu)原理圖如圖2.1所示，它是一種機(jī)電轉(zhuǎn)換式與自發(fā)電式的傳感器。它的感應(yīng)器件是采用壓電材料制成的。當(dāng)壓電材料受到力作用之后表面會(huì)產(chǎn)生一定量的電荷。電荷通過(guò)電荷放大器放大、測(cè)量電路放大和變換阻抗后就成為與所受外力成正比的電量輸出。它的優(yōu)點(diǎn)是信噪比很高、靈敏度高、頻帶較寬、重量較輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、和工作性能可靠等。缺點(diǎn)則是某些壓電材料需要良好的防水防潮防有害氣體措施，而直流輸出響應(yīng)比較差，這就需要采用電荷放大器來(lái)克服這一條件，在缺少電荷放大器的情況下，也可以采用具有高輸入阻抗的電路來(lái)滿(mǎn)足要求。

圖2.1壓電式傳感器結(jié)構(gòu)原理圖

2.1.2 典型的電荷放大系統(tǒng)

除了在上面已經(jīng)提到了壓電式傳感器的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)外，它也有自己的缺點(diǎn)，那就是某些壓電材料需要良好的防潮措施，而且輸出的直流響應(yīng)差，所以一般都需要配套的放大器電路，圖2.2為典型的電荷放大測(cè)試系統(tǒng)。

圖2.2 典型電荷放大測(cè)試系統(tǒng)

在沖擊與振動(dòng)測(cè)試中應(yīng)用最為廣泛的就是壓電式加速度傳感器，但由于其壓敏元件具有非常高的阻抗，而且它產(chǎn)生的是微弱的電荷信號(hào)，因此需要將傳感器產(chǎn)生的高阻抗的輸出信號(hào)通過(guò)一個(gè)前置放大器轉(zhuǎn)換成低阻抗的信號(hào)。

常用的前置放大器可以分為電荷放大器和電壓放大器兩種。雖然電纜分布電容對(duì)電荷放大器的干擾不大，靈敏度不會(huì)受到太大影響，但是由于當(dāng)彎曲或者振動(dòng)電纜時(shí)，屏蔽層與絕緣體會(huì)因?yàn)榇嬖谙鄬?duì)移動(dòng)造成摩擦，產(chǎn)生靜電荷，從而產(chǎn)生電纜噪聲，同樣的道理，電纜芯線與絕緣體也會(huì)因此而對(duì)測(cè)試產(chǎn)生干擾。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的電壓放大器盡管，穩(wěn)定性和線性度良好，電纜分布電容的存在會(huì)干擾電荷放大器，從而影響到靈敏度。這些情況都會(huì)給測(cè)試工作帶來(lái)較大麻煩，由此ICP傳感器應(yīng)運(yùn)而生[21]。

2.1.3 ICP傳感器測(cè)試系統(tǒng)

ICP（Integrated Circuits Piezoelectric）傳感器本質(zhì)就是內(nèi)置了集成電路電荷放大器的壓電傳感器。與前面所講的外部連接前置放大器的壓電傳感器相對(duì)比，它彌補(bǔ)了上述的不足。具有代表性的ICP傳感器測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)恒流源供電，并且信號(hào)輸出線路直接與供電電纜相連接，輸出的信號(hào)為低阻抗形式的信號(hào)。整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)包括ICP加速度傳感器，普通的雙芯電纜和一個(gè)能夠?yàn)閭鞲衅鬟B續(xù)供電的電源模塊。恒流源模塊為ICP傳感器供電，并從中讀取振動(dòng)信號(hào)，典型的ICP測(cè)試系統(tǒng)如圖2.3所示：

圖2.3典型的ICP測(cè)試系統(tǒng)

2.2 ICP傳感器的選型

ICP加速度傳感器有很多型號(hào)，每種型號(hào)都有自己適用的某種特定用途。為了使測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度更高，我們需要基于測(cè)試系統(tǒng)的適用要求，選擇最合適的ICP傳感器。一般來(lái)講，重量，靈敏度和頻率響應(yīng)是選擇ICP加速度傳感器最主要的參考因素。

2.2.1 重量

傳感器自身有質(zhì)量，附加在被測(cè)物體上，自然會(huì)影響其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。而如果ICP傳感器的質(zhì)量比較大，或者是被測(cè)物體的質(zhì)量比較小，是傳感器接近于被測(cè)物體的動(dòng)態(tài)質(zhì)量，那么被測(cè)物體的振動(dòng)就會(huì)由于受到干擾而有所減弱。對(duì)于有些被測(cè)物體，可能整體質(zhì)量非常大，但在安裝ICP加速度傳感器的部位，典型的比如一些薄壁結(jié)構(gòu)，傳感器的質(zhì)量已經(jīng)與結(jié)構(gòu)的局部質(zhì)量在一個(gè)數(shù)量級(jí)或者非常接近，這樣傳感器將會(huì)使局部運(yùn)動(dòng)狀態(tài)受到干擾和影響。因此，在工程實(shí)際中，傳感器的質(zhì)量ma需要遠(yuǎn)小于被測(cè)裝置傳感器安裝點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量m。

因?yàn)槭艿絺鞲衅髻|(zhì)量的干擾，被測(cè)裝置的振動(dòng)加速度a會(huì)有所減小，其減小的加速度△a可以使用下式進(jìn)行粗略計(jì)算: △a =a[1-m/(ma+m)]……………………………………………………(式2.1)

2.2.2 靈敏度

系統(tǒng)的信噪比、分辨率和抗干擾能力是與傳感器的靈敏度成正比的。就特定功能的傳感器來(lái)講，靈敏度與傳感器的重量成正比，與諧振頻率和量程成反比。因此靈敏度的選擇主要考慮這三個(gè)方面，即重量、量程和頻率響應(yīng)。此外，在滿(mǎn)足這三方面的要求下，我們還要考慮傳感器的靈敏度，當(dāng)然越高越好，這樣有利于提高系統(tǒng)的信噪比。2.2.3 頻率響應(yīng)特性

高頻響應(yīng)特性：ICP傳感器使用手冊(cè)給出的上限截止頻率為+10%頻響，粗略計(jì)算為安裝諧振頻率的1/3。在要求上限截止頻率誤差為+5%的情況下，大概為安裝諧振頻率的1/5。如果設(shè)置適當(dāng)?shù)男Ｕ禂?shù)，則在更高的頻率范圍內(nèi)依然能夠獲取非?？煽康臋z測(cè)數(shù)據(jù)。

低頻響應(yīng)特性：ICP傳感器使用手冊(cè)給出的下限截止頻率為-10%頻響?；鶓?yīng)變、內(nèi)置IC放大電路芯片的下限截止頻率和熱釋電效應(yīng)等環(huán)境特性決定ICP傳感器的低頻響應(yīng)特性。應(yīng)變片式ICP傳感器能夠響應(yīng)靜態(tài)信號(hào)。

2.3 ICP傳感器輸出信號(hào)的分析

ICP傳感器是由恒流源芯片供電，LM334芯片我們選中12V直流電對(duì)其供電，如圖2.4所示：

圖2.4 傳感器接線

圖2.4中，JP1和JP2處就可以接傳感器和引出傳感器的信號(hào)（ICP傳感器有兩根引線，它們即是給傳感器供電的線，同時(shí)也是傳感器信號(hào)的引出線），若還沒(méi)接上傳感器根據(jù)前面對(duì)于恒流源電路的分析，那么在JP1和JP2處可以用電流表檢測(cè)到4mA的電流，如果沒(méi)有檢測(cè)到，或者是不為4mA，那么這個(gè)恒流源的電路就沒(méi)有搭建好。對(duì)我們搭建好的電路進(jìn)行檢測(cè)，電流表的示數(shù)為4mA，證明我們所搭建的電路是正確的。查閱資料得知，這個(gè)時(shí)候JP1和JP2之間的電壓應(yīng)該為11V~12V之間，對(duì)我們的電路測(cè)一下，為11.5V，這是一個(gè)很重要的電壓，對(duì)于我們后續(xù)傳感器信號(hào)的識(shí)別是非常關(guān)鍵的。

再接上我們的ICP傳感器，將其接在JP1處，JP2作為我們信號(hào)的輸出引線段，接在示波器上觀察，開(kāi)啟我們的振動(dòng)試驗(yàn)平臺(tái)，調(diào)節(jié)我們的示波器選著交流耦合方式（也就是濾掉直流分量，只檢測(cè)交流分量），觀察示波器同樣得到了一個(gè)正弦信號(hào)，信號(hào)的頻率和我們振動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的激振頻率一樣。說(shuō)明我們所設(shè)計(jì)的恒流源能夠使我們的ICP傳感器正常工作。再調(diào)節(jié)示波器選擇直流耦合（既測(cè)直流信號(hào)又測(cè)交流信號(hào)）觀察示波器發(fā)現(xiàn)，和有一個(gè)直流分量存在。查閱資料上面說(shuō)ICP傳感器輸出的信號(hào)不是基于0V的一個(gè)信號(hào)輸出而是帶有9V左右的直流分量的，用電壓表測(cè)JP2兩端的電壓，測(cè)得一個(gè)9V的電壓。傳感器沒(méi)有檢測(cè)信號(hào)，只要接在了恒流源上面就會(huì)產(chǎn)生這樣的一個(gè)信號(hào)。示波器上觀察到如圖2.5所示：

圖2.5 ICP傳感器傳輸信號(hào)

第四篇：雙軸加速度傳感器ADXL202及其應(yīng)用設(shè)計(jì)

雙軸加速度傳感器ADXL202及其應(yīng)用設(shè)計(jì)

2009年03月29日 15:08 不詳 作者：北京交通大學(xué) 翟飛 用戶(hù)評(píng)論（0）關(guān)鍵字：

引言

ADXL202是ADI公司出品的一款雙軸加速度測(cè)量系統(tǒng)，模擬輸入，可測(cè)量動(dòng)態(tài)加速度和靜態(tài)加速度，測(cè)量范圍為±（2～10）g，輸出為周期可調(diào)的脈寬調(diào)制信號(hào)，可以直接與單片機(jī)或計(jì)數(shù)器連接。LPC2103為飛利浦公司的一款A(yù)RM7系列微控制器，主要用于工業(yè)控制、醫(yī)療系統(tǒng)、訪問(wèn)控制、POS機(jī)、通信網(wǎng)關(guān)等領(lǐng)域。本文使用LPC2103實(shí)現(xiàn)對(duì)ADXL202加速度數(shù)據(jù)的采集與處理。1 ADXL202加速度傳感器

1.1 ADXL202的引腳定義及基本特性

ADXL202為單片集成電路，集成度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，內(nèi)部包含多晶硅表面微處理傳感器和信號(hào)控制電路，以實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)加速度測(cè)量結(jié)構(gòu)。與其他加速度計(jì)相比，ADXL202可在很大程度上提高工作帶寬，降低噪聲影響，零重力偏差和溫度漂移也相對(duì)較低。圖1所示為ADXL202傳感器的引腳定義。

圖1 引腳定義

ST： 自檢，用于控制芯片自檢功能。接VDD時(shí)，輸出占空比為10%的波形，說(shuō)明芯片正常工作。

COM： 引腳4、7。使用時(shí)需將2個(gè)COM端接在一起并接地。

T2： 經(jīng)電阻RSET接地，調(diào)節(jié)輸出信號(hào)周期。輸出信號(hào)周期T2=RSET/（125 MΩs-1）。

VDD： 電源。工作電壓范圍為+3.0～+5.25 V，可經(jīng)過(guò)100 Ω的去耦電阻接電源。

XFILT、YFILT： 經(jīng)電容接地，用于改變帶寬、濾除噪聲和抑制零點(diǎn)漂移。

Xout、Yout: 輸出。

圖2為ADXL202傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖。ADXL202傳感器由振蕩器，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(hào)輸出接口。X、Y方向傳感器是2個(gè)相互正交的加速度傳感器，它們同時(shí)工作，可以測(cè)量動(dòng)態(tài)變化的加速度和恒定的加速度。傳感器之后級(jí)連相位檢波器，主要是用來(lái)修正信號(hào)，并對(duì)信號(hào)的方向做出判斷。檢波器輸出的信號(hào)，通過(guò)一個(gè)32 kΩ 的電阻來(lái)驅(qū)動(dòng)占空比調(diào)制器，通過(guò)在XFILT和YFILT 引腳外接電容CX和CY來(lái)改變帶寬。

圖2 傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖

1.2 測(cè)量數(shù)據(jù)的計(jì)算及處理

(1)信號(hào)帶寬的計(jì)算通

過(guò)CX和CY來(lái)設(shè)定帶寬，在XFILT和YFILT引腳接上電容，通過(guò)低通濾波器來(lái)減少噪聲。3 dB帶寬的公式為：f=5 μF/C(x,y)(電容最小值為1 000 pF)(2)加速度的計(jì)算

輸出信號(hào)周期T2=RSET /(125 MΩs-1)，如圖3所示。

圖3 占空比信號(hào)

信號(hào)通過(guò)低通濾波器之后，占空比調(diào)制器把信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸出。通過(guò)T2引腳的外接電阻可以改變T2的周期（0.5～10 ms），這很適于在精度要求不同的場(chǎng)合下使用。輸出的占空比信號(hào)通過(guò)計(jì)數(shù)器可以計(jì)算出占空比。加速度的計(jì)算可以通過(guò)下式得到：

a=(T1/T2-0.5)/（12.5%）

例如，當(dāng)加速度為0g時(shí)，信號(hào)寬度T1與空閑寬度（T2－T1）相同，輸出信號(hào)的占空比為50％；當(dāng)加速度為1g時(shí)，信號(hào)寬度T1與空閑寬度（T2－T1）的比值為5∶3，輸出信號(hào)的占空比為62.5％。1.3 ADXL202的典型應(yīng)用

ADXL202傳感器最重要的應(yīng)用之一是傾斜度的測(cè)量。在進(jìn)行傾斜度測(cè)量時(shí)，需要讓傳感器的敏感軸（x軸）與重力方向垂直。如果與重力方向平行，物體傾斜對(duì)于加速度數(shù)據(jù)的影響可以忽略不計(jì)。圖4所示為加速度測(cè)量的原理圖。

圖4 加速度測(cè)量

當(dāng)ADXL202與重力矢量垂直時(shí)，其輸出隨傾斜度的變化大約為每度17.5 mg，當(dāng)兩者呈45°時(shí)，輸出變化值僅為每度12.2 mg，分辨率降低。表1為傾斜角度與加速度變化的關(guān)系。

表1 傾斜角度與加速度變化的關(guān)系 應(yīng)用電路設(shè)計(jì) 2.1 硬件接口設(shè)計(jì)

LPC2103是一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的32位ARM7TDMIS CPU，并帶有8 KB片內(nèi)SRAM和32 KB嵌入的高速片內(nèi)Flash內(nèi)存。LPC2103具有LQFP48的較小封裝、極低的功耗、多個(gè)32位定時(shí)器、8路10位ADC、2個(gè)外部中斷、最多可達(dá)32個(gè)GPIO。通過(guò)可編程的片內(nèi)PLL（可能的輸入頻率范圍：10～25 MHz）可實(shí)現(xiàn)最高70 MHz 的CPU 時(shí)鐘頻率。ADXL202傳感器與LPC2103的接口電路如圖5所示。

圖5 ADXL應(yīng)用電路圖

ADXL202加速度傳感器的T2經(jīng)125 kΩ電阻接地，可以得到信號(hào)輸出的周期為1 ms。

13、14引腳接+5 V電源，XFILT和YFILT經(jīng)0.1 μF電容接地，用于設(shè)置50 Hz帶寬。兩路輸出分別與LPC2103的P0.0和P0.2引腳相接，作為數(shù)據(jù)傳輸線。數(shù)據(jù)傳輸有兩種方法，分別為普通GPIO口方式和定時(shí)器捕獲中斷方式。

2.2 普通GPIO口方式

由于傳感器輸出均為DCM信號(hào)，無(wú)論采用什么方式進(jìn)行數(shù)據(jù)接收，都需要定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作，對(duì)DCM信號(hào)進(jìn)行計(jì)時(shí)處理。因此，程序首先要對(duì)定時(shí)器進(jìn)行初始化。然后分別對(duì)DCM信號(hào)的高電平和低電平持續(xù)時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)，得到T1、T2的值，再進(jìn)行加速度計(jì)算。由于默認(rèn)情況下GPIO均為普通I/O方式，所以開(kāi)始不用設(shè)置PINSEL寄存器。普通GPIO口方式程序如下： #define KEY 0x00000001//X軸加速度P0.0,前向加速度 T1PR=0;//預(yù)分頻為0，使得T1TC即為pclk個(gè)數(shù) while((IOPIN&KEY)!=0);//下降沿或低電平跳出 while((IOPIN&KEY)==0);//上升沿或高電平跳出 T1TCR=0x03;//啟動(dòng)并復(fù)位T1TC T1TCR=0x01;while((IOPIN&KEY)!=0);//下降沿跳出,等下降沿來(lái)臨 t1=T1TC;//取此時(shí)計(jì)數(shù)器的值 T1TC=0x00;//復(fù)位計(jì)數(shù)器

while((IOPIN&KEY)==0);//上升沿跳出，等待上升沿的來(lái)臨 t2=T1TC;T1TCR=0x00;//關(guān)閉定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1 a1=(((fp32)t1/((fp32)t2+(fp32)t1))-0.5)*8;//計(jì)算加速度

普通GPIO口方式的程序比較簡(jiǎn)單，雖然程序的執(zhí)行需要時(shí)間，但由于LPC2103的主頻可以達(dá)到40 MHz，執(zhí)行幾條指令只需幾微秒，所以產(chǎn)生的誤差會(huì)很小。但普通GPIO方式程序執(zhí)行時(shí)，CPU一直在等待上升沿或下降沿的到來(lái)，大大降低了CPU的使用效率。可以使用圖5所示Xout與LPC2103的接口方式。2.3 定時(shí)器捕獲中斷方式

如圖5所示，Yout與LPC2103的P0.2引腳相接，利用P0.2的功能復(fù)用，可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)器捕獲中斷方式接收傳感器數(shù)據(jù)。主要程序段如下： #define ya 0x00000004//引腳功能初始化

PINSEL0=0x00000020;//設(shè)置引腳連接為定時(shí)器0的捕獲通道0 PINSEL1=0x00000000;//向量中斷設(shè)置

VICIntSelect=0x00000000;//設(shè)置所有中斷為IRQ中斷 VICVectCntl0=0x24;//定時(shí)器0中斷為最高優(yōu)先級(jí)

VICIntEnable=0x0010;//使能定時(shí)器0中斷定時(shí)器0初始化 T0PR=0;//預(yù)分頻為0，使T0TC即為pclk的個(gè)數(shù)

T0CCR=0x07;//置TIMER0的CAP0為上升、下降沿捕獲，觸發(fā)中斷 T0MR0=0xFFFFFFFF;//設(shè)置匹配值 T0TCR=0x03;//啟動(dòng)并復(fù)位T0TC T0TCR=0x01;//中斷服務(wù)程序 void __irq time0(void){ T0IR = 0x10;//復(fù)位定時(shí)器中斷標(biāo)志 if((IOPIN&ya)==0){ t1=T0CR0;//讀取T0TC T0TC=0x00;//復(fù)位T0TC } else if((IOPIN&ya)!=0){ t2=TOCR0;//讀取TOTC T0TC=0x00;//復(fù)位T0TC } VICVectAddr =0x00;//中斷處理結(jié)束 }

中斷處理程序運(yùn)行之后，得到的信號(hào)周期應(yīng)為T(mén)2=t1+t2。故加速度為(((fp32)t1/((fp32)t2+(fp32)t1))-0.5)*8。使用中斷服務(wù)程序大大提高了CPU的使用效率，但程序較為復(fù)雜，并且占用了一個(gè)中斷向量通道。結(jié)語(yǔ)

ADXL202傳感器的應(yīng)用方法經(jīng)過(guò)驗(yàn)證完全可行，并且能夠達(dá)到較高的測(cè)量精度。由于集成度高，由ADXL202和ARM系列微控制器組成的系統(tǒng)完全可以用于汽車(chē)、火車(chē)等交通工具的安全控制系統(tǒng)。ADXL202在慣性導(dǎo)航、傾斜感應(yīng)、地震監(jiān)控及汽車(chē)保險(xiǎn)等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，精度高、集成度高、功耗低等特點(diǎn)使之完全可以取代傳統(tǒng)的加速度傳感器。

參考文獻(xiàn)

[1] 周立功.ARM微控制器基礎(chǔ)與實(shí)戰(zhàn) [M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社 ,2003.[2] ADI.Low Cost ±2g/10g Dual Axis iMEMS Accelerometers with Digital Output ADXL202/ADXL210 Technical Note,1999.

第五篇：加速度傳感器計(jì)步器設(shè)計(jì)及其性能提高(外文翻譯)

基于加速度傳感器的計(jì)步器及性能提高

摘要：計(jì)步器可以幫助人們實(shí)時(shí)掌握鍛煉情況，它通過(guò)檢測(cè)人體行走步數(shù)和步幅可計(jì)算出行走的路程。為了提高計(jì)步器的準(zhǔn)確性，借助MATLAB仿真工具，充分利用加速度傳感器輸出的三軸加速度信號(hào)，經(jīng)分別處理后．利用基于信號(hào)能量自適應(yīng)門(mén)限來(lái)檢測(cè)加速度信號(hào)的峰值個(gè)數(shù)，從而準(zhǔn)確地計(jì)算出人體行走的步數(shù)。最后。對(duì)年輕人與老年人行走數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過(guò)文中方法與傳統(tǒng)方法處理后進(jìn)行對(duì)比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相對(duì)于傳統(tǒng)方法，基于信號(hào)能量自適應(yīng)門(mén)限檢測(cè)方法具有更好的性能．能有效地提高計(jì)步器的準(zhǔn)確度。

關(guān)鍵詞：加速度傳感器，單片機(jī)，微機(jī)電系統(tǒng)，低功耗。

1、介紹

計(jì)步器是一種頗受歡迎的日常鍛煉進(jìn)度監(jiān)控器，可以激勵(lì)人們挑戰(zhàn)自己，增強(qiáng)體質(zhì)，幫助瘦身。早期設(shè)計(jì)利用加重的機(jī)械開(kāi)關(guān)檢測(cè)步伐，并帶有一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)數(shù)器?；蝿?dòng)這些裝置時(shí)，可以聽(tīng)到有一個(gè)金屬球來(lái)回滑動(dòng)，或者一個(gè)擺錘左右擺動(dòng)敲擊擋塊。如今，先進(jìn)的計(jì)步器利用MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）慣性傳感器和復(fù)雜的軟件來(lái)精確檢測(cè)真實(shí)的步伐。MEMS慣性傳感器可以更準(zhǔn)確地檢測(cè)步伐，誤檢率更低。MEMS慣性傳感器具有低成本、小尺寸和低功耗的特點(diǎn)，因此越來(lái)越多的便攜式消費(fèi)電子設(shè)備開(kāi)始集成計(jì)步器功能，如音樂(lè)播放器和手機(jī)等。ADI公司的3軸加速度計(jì)ADXL335, ADXL345和 ADXL346小巧纖薄，功耗極低，非常適合這種應(yīng)用。文章介紹了加速度傳感器的工作原理、結(jié)構(gòu)及功能，設(shè)計(jì)出了一種基于加速度傳感器的電子計(jì)步器。實(shí)驗(yàn)中由加速度傳感器獲取步態(tài)的加速度信號(hào)，單片機(jī)的內(nèi)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)其進(jìn)行采樣和A/D 轉(zhuǎn)換后，就得到了步態(tài)的特征數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)通過(guò)并口被送入單片機(jī)中經(jīng)過(guò)一定的算法，輸出在LCD 液晶顯示屏上顯示。

人體行走時(shí)的行為可以通過(guò)很多參數(shù)來(lái)描述，但不同的參數(shù)反映著不同的方面，本文主要是測(cè)量人行走步數(shù)，以達(dá)到及時(shí)了解自己每日行走的步數(shù)及運(yùn)動(dòng)量并進(jìn)行及時(shí)調(diào)節(jié)和鍛煉的目的，人行走的行為可以通過(guò)距離、速度、加速度等參數(shù)來(lái)描述，不同的參數(shù)有著不同的精確度，通過(guò)檢測(cè)人行走時(shí)的加速度信號(hào)可以有效的獲得步數(shù)信息。而人行走時(shí)在水平前向、側(cè)向和垂直方向上都有加速度，如下圖所示：

ADXL335是三軸(X 軸，Y 軸，Z 軸)加速度傳感器，正好可以對(duì)人行走時(shí)的三個(gè)方向的加速度信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，從而更精確的獲取人行走時(shí)的信息。

圖2.ADXL335功能框圖

圖3.從一名跑步者測(cè)得的x、y和z軸加速度的典型圖樣

2、加速度傳感器的原理

加速度是速度變化量與發(fā)生這一變化所用時(shí)間的比值（△V/△t），是描述物體速度改變快慢的物理量，通常用a表示，a=F/m,加速度只和施加在物體上合力F，和物體的質(zhì)量有關(guān)，與速度和時(shí)間無(wú)關(guān)。重力加速度：地球表面附近的物體因受重力產(chǎn)生的加速度叫做重力加速度，也叫自由落體加速度，用g表示。重力加速度g的方向總是豎直向下的。在同一地區(qū)的同一高度，任何物體的重力加速度都是相同的。慣性傳感器：應(yīng)用慣性原理和測(cè)量技術(shù)，感受載體運(yùn)動(dòng)的加速度、位置和姿態(tài)的各種敏感裝置。如加速度傳感器，MEMS是指可批量制作的，集微型機(jī)械結(jié)構(gòu)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路、直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。現(xiàn)在的加速度傳感器，陀螺儀都是基于MEMS的。加速度傳感器是一種能夠測(cè)量加速力的電子設(shè)備。加速力就是當(dāng)物體在加速過(guò)程中作用在物體上的力，就好比地球引力，也就是重力。加速力可以是個(gè)常量，比如g，也可以是變量。線加速度計(jì)的原理是慣性原理，也就是力的平衡，A(加速度)=F(慣性力)/M(質(zhì)量)我們只需要測(cè)量F就可以了。怎么測(cè)量F？用電磁力去平衡這個(gè)力就可以了。就可以得到F對(duì)應(yīng)于電流的關(guān)系。只需要用實(shí)驗(yàn)去標(biāo)定這個(gè)比例系數(shù)就行了。當(dāng)然中間的信號(hào)傳輸、放大、濾波就是電路的事了。多數(shù)加速度傳感器是根據(jù)壓電效應(yīng)的原理來(lái)工作的。所謂的壓電效應(yīng)就是“對(duì)于不存在對(duì)稱(chēng)中心的異極晶體加在晶體上的外力除了使晶體發(fā)生形變以外，還將改變晶體的極化狀態(tài)，在晶體內(nèi)部建立電場(chǎng)，這種由于機(jī)械力作用使介質(zhì)發(fā)生極化的現(xiàn)象稱(chēng)為正壓電效應(yīng)”。一般加速度傳感器就是利用了其內(nèi)部的由于加速度造成的晶體變形這個(gè)特性。由于這個(gè)變形會(huì)產(chǎn)生電壓，只要計(jì)算出產(chǎn)生電壓和所施加的加速度之間的關(guān)系，就可以將加速度轉(zhuǎn)化成電壓輸出。當(dāng)然，還有很多其它方法來(lái)制作加速度傳感器，比如壓阻技術(shù)，電容效應(yīng)，熱氣泡效應(yīng)，諧振式，隧穿式，等，但是其最基本的原理都是由于加速度產(chǎn)生某個(gè)介質(zhì)產(chǎn)生變形，通過(guò)測(cè)量其變形量并用相關(guān)電路轉(zhuǎn)化成電壓輸出。二軸加速度傳感器能夠同時(shí)檢測(cè)兩個(gè)方向（x軸，y軸）上的加速度。三軸加速度傳感器能夠同時(shí)檢測(cè)三個(gè)方向上的加速度，x，y，z。

圖4.傳感器檢測(cè)原理垂直剖面圖

3、加速度傳感器算法

首先，為使加速度圖樣所示的信號(hào)波形變得平滑，需要一個(gè)數(shù)字濾波器?？梢允褂盟膫€(gè)寄存器和一個(gè)求和單元，如圖5所示。當(dāng)然，可以使用更多寄存器以使加速度數(shù)據(jù)更加平滑，但響應(yīng)時(shí)間會(huì)變慢。

圖5.數(shù)字濾波器 圖6顯示了來(lái)自一名步行者所戴計(jì)步器的最活躍軸的濾波數(shù)據(jù)。對(duì)于跑步者，峰峰值會(huì)更高。

圖6.最活躍軸的濾波數(shù)據(jù)

動(dòng)態(tài)閾值和動(dòng)態(tài)精度：系統(tǒng)持續(xù)更新3軸加速度的最大值和最小值，每采樣50次更新一次。平均值(Max + Min)/2稱(chēng)為“動(dòng)態(tài)閾值”。接下來(lái)的50次采樣利用此閾值判斷個(gè)體是否邁出步伐。由于此閾值每50次采樣更新一次，因此它是動(dòng)態(tài)的。這種選擇具有自適應(yīng)性，并且足夠快。除動(dòng)態(tài)閾值外，還利用動(dòng)態(tài)精度來(lái)執(zhí)行進(jìn)一步濾波，如圖7所示。

圖7.動(dòng)態(tài)閾值和動(dòng)態(tài)精度

利用一個(gè)線性移位寄存器和動(dòng)態(tài)閾值判斷個(gè)體是否有效地邁出一步。該線性移位寄存器含有2個(gè)寄存器：sample_new寄存器和sample_old寄存器。這些寄存器中的數(shù)據(jù)分別稱(chēng)為sample_new和sample_old。當(dāng)新采樣數(shù)據(jù)到來(lái)時(shí)，sample_new無(wú)條件移sample_old入寄存器。然而，sample_result是否移入sample_new寄存器取決于下述條件：如果加速度變化大于預(yù)定義精度，則最新的采樣結(jié)果sample_result移入sample_new寄存器，否則sample_new寄存器保持不變。因此，移位寄存器組可以消除高頻噪聲，從而保證結(jié)果更加精確。

步伐邁出的條件定義為：當(dāng)加速度曲線跨過(guò)動(dòng)態(tài)閾值下方時(shí)，加速度曲線的斜率為負(fù)值(sample_new < sample_old)。.峰值檢測(cè)：步伐計(jì)數(shù)器根據(jù)x、y、z三軸中加速度變化最大的一個(gè)軸計(jì)算步數(shù)。如果加速度變化太小，步伐計(jì)數(shù)器將忽略。

步伐計(jì)數(shù)器利用此算法可以很好地工作，但有時(shí)顯得太敏感。當(dāng)計(jì)步器因?yàn)椴叫谢蚺懿街獾脑蚨浅Ｑ杆倩蚍浅＞徛卣駝?dòng)時(shí)，步伐計(jì)數(shù)器也會(huì)認(rèn)為它是步伐。為了找到真正的有節(jié)奏的步伐，必須排除這種無(wú)效振動(dòng)。利用“時(shí)間窗口”和“計(jì)數(shù)規(guī)則”可以解決這個(gè)問(wèn)題。

“時(shí)間窗口”用于排除無(wú)效振動(dòng)。假設(shè)人們最快的跑步速度為每秒5步，最慢的步行速度為每2秒1步。這樣，兩個(gè)有效步伐的時(shí)間間隔在時(shí)間窗口[0.2 s峰值加速度差較大，各種彈簧點(diǎn)看起來(lái)不同。因此，代表彈簧的量的數(shù)據(jù)，而不是代表真實(shí)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量是不同的，與圖10相比。該算法只看到加速度測(cè)量值的一組，不會(huì)注意這些測(cè)量值的上下文中的問(wèn)題，因此，無(wú)需拆卸有用的數(shù)據(jù)。

圖10

圖11

這兩個(gè)圖之間也有一些重要的區(qū)別。底部的一部分，每一個(gè)步驟的曲線在圖11中略窄的曲線的頂部是更一致（更少的鮮明的峰）。這些差異導(dǎo)致更高的平均樣本值和最小和最大的采樣值。為了便于比較，檢查數(shù)據(jù)圖，在圖12中不同的個(gè)體的步幅非常相似，在圖10中的主體1。然而，數(shù)據(jù)本身看起來(lái)很大的不同。

圖12 主題2比主題1在步幅有很大的變化（如圖10所示）。然而，這兩組數(shù)據(jù)代表大致相同的行走距離。僅僅計(jì)算距離的峰值提供了廣泛的不同的結(jié)果。使用一個(gè)簡(jiǎn)單的雙積分有同樣的問(wèn)題。

所有努力拿出一個(gè)全面的方法解決這個(gè)問(wèn)題，使用簡(jiǎn)單的計(jì)算存在同樣的問(wèn)題。這導(dǎo)致了一系列的正?；械臄?shù)據(jù)方式，消除了彈簧的嘗試，但這些嘗試證明未成功。主要的原因似乎是它們要求的數(shù)據(jù)的上下文中的一些出入。然而，該解決方案需要能夠上下文中的數(shù)據(jù)，而無(wú)需操作。一種可能的解決這個(gè)問(wèn)題的方法開(kāi)始浮出水面。前面提到過(guò)的數(shù)據(jù)如何去改變時(shí)，從慢到快的步伐，有不太明顯的變化，由于彈性用更長(zhǎng)的時(shí)間，更快的步幅。得到的結(jié)果是更高的采樣點(diǎn)的平均值，相對(duì)于數(shù)據(jù)的最小值和最大值。視覺(jué)上，它有點(diǎn)難以保證，在圖12中所示的步驟中給定量的反彈。但是，計(jì)算表明，平均與峰值在圖10中是非常相似。因此，一個(gè)簡(jiǎn)單的算法是來(lái)確定行走距離。這個(gè)算法便是：

d是所計(jì)算的距離。k是一個(gè)常數(shù)。max在這個(gè)步驟測(cè)量中的最大的加速度值，min是最小加速度值。avg為平均加速度值。

這個(gè)簡(jiǎn)單的解決方案，保持良好的各種步幅長(zhǎng)度。但有些科目變化多達(dá)10％的距離，從測(cè)得的平均距離為組。這是不是在±7.5％的誤差范圍是針對(duì)未校準(zhǔn)的測(cè)量。另一種解決方案是需要的。

在最后的測(cè)試中使用的比例似乎反映了不同科目的步驟在彈性中差異。兩種方法相結(jié)合是有意義的嘗試。讓我們?cè)倩氐皆瓉?lái)的想法，使用雙積分，這個(gè)比例被用作一個(gè)修正系數(shù)，從計(jì)算特征運(yùn)算下彈簧數(shù)據(jù)。因此，得出的公式是：

該算法保持了良好誤差消除性，所有的變化在約6％之內(nèi)。該算法本身容易校準(zhǔn)與調(diào)整的乘數(shù)k的步伐。結(jié)果指出，這里沒(méi)有包括這個(gè)平均值使用。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，只有X-和Y-軸被使用。靈活選擇的3軸加速度傳感器，兩個(gè)軸被認(rèn)為是足夠完成任務(wù)。ADXL323可用于代替ADXL330。因?yàn)橐_配置為Z軸的輸出是相同的，而且可以同時(shí)用于相同的布局。這些實(shí)驗(yàn)在計(jì)步器的距離測(cè)量上取得好成績(jī)。步計(jì)數(shù)算法確保它運(yùn)作良好，一邊走一邊運(yùn)行，然而，它可能是一個(gè)簡(jiǎn)單的算法可以被愚弄為nonwalking運(yùn)動(dòng)。預(yù)計(jì)在AN-602中描述的時(shí)間窗函數(shù)能夠得到改善。

5、總結(jié)

ADXL345是一款出色的加速度計(jì)，非常適合計(jì)步器應(yīng)用。它具有小巧纖薄的特點(diǎn)，采用3 mm × 5 mm × 0.95 mm塑封封裝，利用它開(kāi)發(fā)的計(jì)步器已經(jīng)出現(xiàn)在醫(yī)療儀器和高檔消費(fèi)電子設(shè)備中。它在測(cè)量模式下的功耗僅40 μA，待機(jī)模式下為0.1 μA，堪稱(chēng)電池供電產(chǎn)品的理想之選。嵌入式FIFO極大地減輕了主處理器的負(fù)荷，使功耗顯著降低。此外，可以利用可選的輸出數(shù)據(jù)速率進(jìn)行定時(shí)，從而取代處理器中的定時(shí)器。13位分辨率可以檢測(cè)非常小的峰峰值變化，為開(kāi)發(fā)高精度計(jì)步器創(chuàng)造了條件。最后，它具有三軸輸出功能，結(jié)合上述算法，用戶(hù)可以將計(jì)步器戴在身上幾乎任何部位。

幾點(diǎn)建議：如果應(yīng)用對(duì)成本極其敏感，或者模擬輸出加速度計(jì)更適合，建議使用ADXL335，它是一款完整的小尺寸、薄型、低功耗、三軸加速度計(jì)，提供經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理的電壓輸出。如果PCB尺寸至關(guān)重要，建議使用ADXL346，這款低功耗器件的內(nèi)置功能甚至比ADXL345還多，采用小巧纖薄的3 mm × 3 mm × 0.95 mm塑封封裝，電源電壓范圍為1.7 V至2.75 V。

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