加速度传感器工作原理及应用.doc
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1、加速度传感器工作原理及应用可穿戴设备当中传感器至关重要,其中的加速度传感器能够完成位置及姿势的识别。本文通过对三轴传感器工作原理的解析,帮助读者更好的理解加速度传感器的应用。一、加速度传感器工作原理加速度传感器自然是对自身器件的加速度进行检测。其自身的物理实现方式咱们就不去展开了,可以想象芯片内部有一个真空区域,感应器件即处于该区域,其通过惯性力作用引起电压变化,并通过内部的ADC给出量化数值。对于三轴加速度传感器,其能检测X、Y、Z的加速度数据,如下图:在静止的状态下,传感器一定会在一个方向重力的作用,因此有一个轴的数据是1g(即9.8米/秒的二次)。在实际的应用中,我们并不使用跟9.8相关
2、的计算方法,而是以1g作为标准加速度单位,或者使用1/1000g,即mg。既然是ADC转换,那么肯定会有量程和精度的概念。在量程方面,Lis3dh支持(+-)2g/4g/8g/16g四种。一般作为计步应用来说,2g是足够的,除去重力加速度1g,还能检测出1g的加速度。至于精度,那就跟其使用的寄存器位数有关了。Lis3dh使用高低两个8位(共16位)寄存器来存取一个轴的当前读数。由于有正反两个方向的加速度,所以16位数是有符号整型,实际数值是15位。以(+-)2g量程来算,精度为2g/2= 2000mg/32768 =0.061mg。当以上图所示的静止状态,z轴正方向会检测出1g,X、Y轴为0.
3、如果调转位置(如手机屏幕翻转),那总会有一个轴会检测出1g,其他轴为0,在实际的测值中,可能并不是0,而是有细微数值。在运动过程中,x,y,z轴都会发生变化。计步运动也有其固有的数值规律,因为迈步过程也有抬脚和放脚的规律过程,如下图。脚蹬离地是一步的开始,此时由于地面的反作用力,垂直方向加速度开始增大,当脚达到最高位置时,垂直方向加速度达到最大;然后脚向下运动,垂直加速度开始减小,直到脚着地,垂直加速度减到最小值。接着下一步迈步。前向加速度由脚与地面的摩擦力产生,双脚触地时增大,一脚离地时减小。二、加速度传感器应用1. 静止时进行运动检测使用OR电路工作方式,设置一个较小的运动阈值,只检测X,Y轴数据是否超过该阈值(Z轴这时有1g,咱不管这个轴了)即可。只要X,Y任一轴数据超过阈值一定时间即认为设备处于wakeup状态了。2. 失重检测失重时Z轴的加速度和重力加速度抵消,在短时间内会为0,而且X,Y轴没有变化,因此在短时间内三者都为0。这里使用AND电路工作方式,设置一个较小的运动阈值,当三个方向的数据都小于阈值一定时间时即认为是失重。3. 位置姿势识别例如手机翻转等应用场景就是利用这个特性。
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