【正文】 WriteCommandLCM(0x0c)。 _nop_()。 LCM_EN=1。 LCM_RS=0。 _nop_()。ik。 temp_data=temp_data%1000。 bit ADXL345_RecvACK()。 void Single_Write_ADXL345(uchar REG_Address,uchar REG_data)。 float idata sx=0,sx0=0,sy=0,sy0=0,sz=0,sz0=0。 typedef unsigned short WORD。也就是說(shuō)每行最多顯示 16 個(gè)字符，可以本課題滿足要求。 （ 4）因?yàn)檫x用的采樣頻率為 ，因此采樣間隔為 毫秒，采樣十次顯示一次結(jié)果。 根據(jù)等式 (28)、 (29)、 (210)計(jì)算出采集到的加速度和建立的標(biāo)準(zhǔn)空間坐標(biāo)系各軸的夾角，也就是歸于一個(gè) 方向 進(jìn)行計(jì)算。 加速度采集 該模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)加速度數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集， 圖 34 已經(jīng) ADXL345 的寄存器映射表，根據(jù) I2C 的通信規(guī)則，可以進(jìn)行如圖 47 的器件尋址 ，并根據(jù)圖 48 的 I2C 的時(shí)序圖進(jìn)行代碼的編寫。 工作方式 1： 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)方式，因此，最多可以計(jì)到 2 的 16 次方，也就是65536 次。 圖 43 TMOD 各位的模式定義 TCON 是 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的 控制寄存器 ， 其格式 如圖 44 所示 。這種復(fù)位電路的工作原理是通電時(shí)，電容兩 端等同于 短路，于是 RST 引腳上為高電平，然后電源通過(guò)電阻對(duì)電容充電， RST 端電壓慢慢下降，降到一定程序，即為低電平，單片機(jī)開(kāi)始正常工作。 三軸位置傳感器模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 19 4 三軸位置傳感器的軟件設(shè)計(jì) 本課題是要采集出空間坐標(biāo)系下各軸的加速度信息，并計(jì)算出人體的位置變化，并顯示在液晶屏上。 應(yīng)答信號(hào)：接收數(shù)據(jù)的接收器件在收到 8 位的數(shù)據(jù)之后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的主控器件發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已經(jīng)接收到了數(shù)據(jù)。 圖 36 I2C 串行總線連接 三軸位置傳感器模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 16 在 I2C 串行總線中，要求每個(gè)模塊都有唯一確定的地址， 在數(shù)據(jù)的傳輸中， I2C總線上并接的每一個(gè)模塊既是主控器又是發(fā)送設(shè)備， CPU 發(fā)送的信息分為地址和控制信息，其中地址信息用來(lái)選擇被控制的器件電路， 確定控制電路的種類。 RW 為讀寫操作腳，當(dāng)該腳為低電平的時(shí)候進(jìn)行寫，高時(shí)候進(jìn)行讀操作。 的角度變化 。圖 32 給出了 STC89C52 的芯片管腳圖 圖 32 STC89C52 管腳圖 該芯片有以下特點(diǎn)： 1． 工作電壓 范圍從 到 變化，這樣就方便了外設(shè)電路的集成，而不需要進(jìn)行電平的轉(zhuǎn)換 2． 它從 4KB 的程序存儲(chǔ)器 ROM 擴(kuò)展到了 8KB，從而可以編寫更多代碼的程序，以滿足更多的需要。 硬件設(shè)計(jì) 8051單片機(jī)模塊 單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各模塊的控制，根據(jù)本課題所設(shè)計(jì)的傳感器的基本要求，單片機(jī)低功耗是必須的，還有就是能夠 高速 的處理數(shù)據(jù)，以滿足實(shí)STC89C52 單片機(jī) 1602 液晶顯示 SN74LVC4245 電平轉(zhuǎn)換 ADXL345 加速度傳感器 三軸位置傳感器模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 12 時(shí)性的要求 。最后設(shè)計(jì)了三軸位置傳感器的整體框架。 設(shè) θ 為 標(biāo)準(zhǔn)空間坐標(biāo)系 x 軸與加速度模塊 x 軸， ψ 為標(biāo)準(zhǔn)空間坐標(biāo)系 y 軸與加速度模塊 y 軸， φ 為標(biāo)準(zhǔn)空間坐標(biāo)系 z 軸負(fù)方向與加速度模塊 z 軸夾角。則運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)有 |a_new－ a_old|≥ ，若滿足該式，則進(jìn)行加速度的二次累加計(jì)算出相應(yīng)的位移，若不滿足，則跳過(guò)累加。 坐標(biāo)分析 通常分析一個(gè)物體所處的位置狀態(tài)，所用的是笛卡兒坐標(biāo)系和球面坐標(biāo)系，因?yàn)閺?ADXL345 中采集到的加速度信息是基于笛卡爾坐標(biāo)系的，也就是通常所說(shuō)的直角坐標(biāo)系，因此在本論文的研究是在直角坐標(biāo)系中介紹的。 加快度傳感器 還可以 應(yīng)用于 機(jī)械設(shè)備的 振動(dòng) 檢測(cè)，機(jī)械設(shè)備在工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的 振動(dòng)，而這種振動(dòng)對(duì)機(jī)械是無(wú)益的，它可能使得機(jī)械零部件的失效，甚至帶來(lái)一定的安全隱患。 傳感器 動(dòng) 態(tài)特性 傳感器 動(dòng) 態(tài)特性 是指?jìng)鞲衅鲗?duì)動(dòng)態(tài)激勵(lì)（輸入）的響應(yīng)（輸出）特性，即其輸出對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性 。 圖 12 對(duì)傳感器進(jìn)行了分類 . 圖 12 傳感器的分類 傳感器的 基本 特性 傳感器的基本特性 可以 分為靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。 傳感器要求具有高的穩(wěn)定性、高的可靠性、高的重復(fù)性、低的遲滯和快的響應(yīng)，做到準(zhǔn)確可靠、經(jīng)久耐用 ，對(duì)于處于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和自然環(huán)境下的傳感器，還要求具有良好的環(huán)境適應(yīng)能力，能夠耐高溫，耐低溫，抗干擾，耐腐蝕，安全防爆，便于安裝，調(diào)試和維修。第五章是對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)和不足之處予以總結(jié)，并對(duì)課題的實(shí)際意義予以展望。 本課題設(shè)計(jì)的三軸位置傳感器主要是對(duì)人體位置變化的測(cè)量，要完成該傳感器模塊，首先得掌握 ADXL345 傳感器以及 8051 單片機(jī)的工作原理，它們的性能。使用 8051 單片機(jī)作為主控芯片，能夠比較容易的實(shí)現(xiàn)該模塊，完成預(yù)期目標(biāo)。 三軸加速度傳感器是加速度傳感器的一種，它可以測(cè)量三個(gè)坐標(biāo)軸的加速度，從而準(zhǔn)確反映物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，確定物體的空間位置。ADXL345。 第二章 根據(jù)實(shí)際需求 設(shè)計(jì)出解決方案 ， 在實(shí)現(xiàn)解決方案的過(guò)程之中會(huì)碰到哪些關(guān)鍵的技術(shù)點(diǎn) 。傳感器通常由直接響應(yīng)被測(cè)量的敏感元件和產(chǎn)生可用信號(hào)輸出的轉(zhuǎn)換元件以及相應(yīng)的電子線路組成，如圖 11 所示。像應(yīng)變式傳感器技術(shù)已有 70 多年的歷史，硅壓阻式傳感器也有 40多年的歷史目前仍然在傳感器技術(shù)領(lǐng)域占有重要的地位。分辨率可以用絕對(duì)值或與滿量程的百分比來(lái)表示 。所謂的 壓電效應(yīng)就是對(duì)于不存在對(duì)稱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，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，晶體變形 就 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， 三軸位置傳感器模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 5 就可以將加速度轉(zhuǎn)化成電壓輸出 。還有計(jì)步器方面的應(yīng)用， 在 人體運(yùn)動(dòng)時(shí)，采集出加速度 的值 ，從而 計(jì)算出走了多少路程，并且可以根據(jù)實(shí)際的需要計(jì)算出消耗的熱量，這樣對(duì)于經(jīng)常鍛煉的人群，顯得更加人性化。并且對(duì)于加速度模塊，即使靜止的放在一個(gè)位置，它采集到的加速度信息還是有波動(dòng)的，因此必須確定一個(gè)閾值，當(dāng)采集到的各軸加速度變化，小于這個(gè)閾值時(shí)，認(rèn)為它是靜止的，大于這個(gè)閾值時(shí)則認(rèn)為它開(kāi)始運(yùn)動(dòng)了。 因?yàn)閷?duì)向量 的計(jì)算在具體的程序?qū)崿F(xiàn)是比較困難的，所以本論文設(shè)計(jì)了一種比較容易實(shí)現(xiàn)的方法來(lái)求位移。 主控模塊 顯示模塊 加 模 速 塊 度 采 集 電 源 三軸位置傳感器模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 10 本章小結(jié) 本章根據(jù)三軸位置傳感器模塊在對(duì)人體運(yùn)動(dòng) 狀態(tài)下 的 位置的變化測(cè)量需求 ， 首先介紹了傳統(tǒng)的空間直接坐標(biāo)，建立了人體的坐標(biāo)系。這里使用 SN74LVC4245 芯片作為電平轉(zhuǎn)換模塊，加速度計(jì)采集到的信息是基于 的電信號(hào)，通過(guò)該模塊，將其轉(zhuǎn)換為基于 的電信號(hào)，再通過(guò) I2C 總線送給單片機(jī)。8051 單片機(jī)提供了兩個(gè) 16 位的定時(shí)器有時(shí)候也叫計(jì)數(shù)器，它們可以在中斷以及定時(shí)計(jì)數(shù)時(shí)使用。 ADXL345 在移動(dòng)設(shè)備的應(yīng)用上十分的廣泛。這里我們選用的是字符型液晶顯示器 LCD1602，它可以用于顯示字母、數(shù)字以及符號(hào)。 圖 35 SN74LVC4245 引腳圖 電路設(shè)計(jì) I2C 總線 技術(shù) I2C 總線是由 PHLIPS 公司 開(kāi)發(fā) 的一種 簡(jiǎn)單的雙向的二進(jìn)制 串行總線， I2C 總線由 數(shù)據(jù)線 SDA 和 時(shí)鐘線 SCL 構(gòu)成 ， 可以發(fā)送和接收 數(shù)據(jù)。起始信號(hào)和停止信號(hào)是啟動(dòng)和關(guān)閉 I2C 總線器件的關(guān)鍵信號(hào) ， 如圖 38 所示。 圖 310 電路原理圖 三軸位置傳感器模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 18 圖 310 原理圖說(shuō)明 本章小結(jié) 本章 先介紹 了三軸位置傳感器的硬件構(gòu)架， 然后把整個(gè)構(gòu)架拆分為多個(gè)模塊，詳細(xì)介紹了各模塊的器件的選擇，以及器件的特性。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)定時(shí)器處于計(jì)數(shù)工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)器對(duì)來(lái)自外部輸入引腳 T0 和 T1 的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，外部脈沖的下降沿將觸發(fā)計(jì)數(shù)。一個(gè) 12M 的晶振，它提供給計(jì)數(shù)器的脈沖，就是 12M/12 等于 1M，也就是 1 個(gè)微秒。只有對(duì)應(yīng)的中斷允許觸發(fā)器被使能（置 “ 1” ），相應(yīng)的中斷才能得到相應(yīng)。 然 后根據(jù) 圖 34 的寄存器映射，對(duì) ADXL 初始化，選擇讀取速度，校正 x， y，z 三軸加速度的偏移量。 （ 2）計(jì)算三個(gè)軸的加速度變化是否都超過(guò)了閾值，如果都超過(guò)了，平臺(tái)的傾斜角度也會(huì)發(fā)生變化，此時(shí)重新計(jì)算傾斜角度，否則的話，傾斜角度沒(méi)有發(fā)生變化。 LCD1602 的芯片基本 操作 如圖 410： 圖 410 1602 的基本操作 讀操作時(shí)候的時(shí)序如圖 411： 圖 411 讀操作時(shí)序 寫操作時(shí)候的時(shí)序如圖 412： 圖 411 寫操作時(shí)序 知道了 1602 的讀寫時(shí)候的時(shí)序圖，就很容易寫出它的驅(qū)動(dòng) 程序。 //LCD1602 命令端口 sbit LCM_RW=P2^5。 //變量 float idata T,K,Q,Q0,T_0,K0,angy,angz,angx。 void WriteCommandLCM(uchar CMD)。 void ADXL345_Start()。 //轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù) void conversion(uint temp_data) { wan=temp_data/10000+0x30 。 //取余運(yùn)算 ge=temp_data+0x30。 LCM_RS=0。 LCM_EN=0。 DataPort=CMD。 LCM_RS=1。_nop_()。 } /***********************************/ void DisplayOneChar(uchar X,uchar Y,uchar DData。 LCM_EN=1。 LCM_EN=0。 _nop_()。 result=(BOOL)(DataPortamp。j++) {。 //取余運(yùn)算 shi=temp_data/10+0x30 。 void ADXL345_ReadPage()。//連續(xù)的讀取內(nèi)部寄存器數(shù)據(jù) void Delay5us()。 //初始化 lcd1602 void Init_ADXL345(void)。 //接收數(shù)據(jù)緩存區(qū) uchar ge,shi,bai,qian,wan。 //IIC 時(shí)鐘引腳定義 sbit SDA=P1^3。否則的話令此時(shí)的速度為 0，距離還是保持不變。 步驟如下： （ 1）先從 ADXL345 讀取 X 軸的加速度信息，并處理成以 g 為單位的數(shù)據(jù)。 三軸位置傳感器模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 24 然后進(jìn)行應(yīng)答信號(hào)的接收與發(fā)送。 中斷 中斷是指計(jì)算機(jī)在執(zhí)行某一程序的過(guò)程中 , 由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)、 外的某種原因 , 而必須中 止原程序的執(zhí)行 , 轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的處理程序 , 待處理結(jié)束之后 , 再回來(lái)繼續(xù)執(zhí)行被中止的原程序的過(guò)程。那么提供組定時(shí)器的是計(jì)數(shù)源是什么呢？其實(shí)就是由單片機(jī)的晶振經(jīng)過(guò) 12 分頻后獲得的一個(gè)脈沖源。16 為的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的實(shí)質(zhì)就是一個(gè)加 1 的計(jì)數(shù)器，可實(shí)現(xiàn)定時(shí)和計(jì)數(shù)兩種功能， 三軸位置傳感器模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 21 其功能通常又程序進(jìn)行設(shè)置 。 Keil uVision 是 美國(guó) Keil Software 公司出品的 51 系列兼容 單片機(jī) C 語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C 語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用 。如圖 39 所示。當(dāng) I2C 總線不工作時(shí)，數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線均被拉高，同時(shí)如果總線上的電路器件的輸出為低電平，都會(huì)使 I2C 總線的信號(hào)變?yōu)榈碗娖?，也就?SDA 及 SCL 在器件上表現(xiàn)為 線與 關(guān)系， 如圖 37 所示 。 在三軸位置傳感器模塊的設(shè)計(jì)中， ADIXL345 由 的電壓進(jìn)行供電，但是 單