【正文】 .......................................................... 17 本章小結(jié) .................................................................................................................................................................18 4 三軸位置傳感器的軟件設(shè)計(jì) .................................................................................................................................... 19 單片機(jī)常用操作 ....................................................................................................................................................20 系統(tǒng)的復(fù)位及初始化 ................................................................................................................................. 20 計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器 ............................................................................................................................................ 20 中斷 ................................................................................................................................................................ 22 程序設(shè)計(jì) .................................................................................................................................................................23 三軸位置傳感器模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 加速度采集 ................................................................................................................................................... 23 位置計(jì)算 ....................................................................................................................................................... 24 顯示模塊 ....................................................................................................................................................... 26 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 .................................................................................................................................................................27 本章小結(jié) .................................................................................................................................................................45 5 結(jié)論與展望 ................................................................................................................................................................... 46 致 謝 ................................................................................................................................................................................... 47 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................................................................ 48 三軸位置傳感器模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) I 摘要 在電子技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，加速 度傳感器扮演的角色也越來(lái)越重要。 根據(jù)本文提出的方案，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的模塊，能夠?qū)崟r(shí)的采集到加速度信息，并且準(zhǔn)確計(jì)算出人體距離初始狀態(tài)的位置變化，正確的顯示出來(lái)。最后調(diào)試電路，根據(jù)電路的連接，在單片機(jī)上使用 Keil Software 公司開發(fā)的 Keil uvision 軟件，編寫程序采集出各軸的加速度，并設(shè)計(jì)出合理的算法，計(jì)算出人體在空間上的位置變化 。 Transduce 的定義為它是一種裝置，可以將能量從 一個(gè)域變換到另一個(gè)域。無(wú)論是農(nóng)業(yè)、工業(yè)和交通運(yùn)輸業(yè)，還有能源、氣象、環(huán)保和建材業(yè)；無(wú)論是高新技術(shù)領(lǐng)域，還是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)；無(wú)論是大型成 套設(shè)備，還是日常生活用品和家用電器，都需要采用大量的敏感元件和傳感器。 線性度： 傳感器的輸入量與輸出量之間的實(shí)際關(guān)系曲線偏離直線的程度，又稱為非線性誤差。經(jīng)常采用的輸入信號(hào)為單位階躍輸入量和正弦輸入量。并且如果機(jī)械是有懸臂的，它根據(jù)測(cè)量出的加速度的值，可以計(jì)算出懸臂的偏角，以及所處的位置，有助于操作人員及時(shí)的修正。 圖 21 空間直角坐標(biāo)系 三個(gè)坐標(biāo)軸分別為 X 軸 ， Y 軸 ， Z 軸 ，如圖 21 任意一點(diǎn) P 可以表示為 （ x0，y0， z0）。 理論上計(jì)算位置根據(jù)以下過(guò)程 。 系統(tǒng)框架 由于 本課題所設(shè)計(jì)的三軸位置傳感器模塊 需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，處理，并且顯示出處理后的數(shù)據(jù)。 三軸位置傳感器模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 11 3 三軸位置傳感器的硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的硬件架構(gòu) 根據(jù)上一章系統(tǒng)框架的設(shè)計(jì)，具體實(shí)現(xiàn)的硬件構(gòu)架如圖 31 所示。 8051 是一種 8 位元的單芯片單芯片微控制器，并且內(nèi)部有 4K ROM。 4． 它 具有 EEPROM 功能 ，這樣方便了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，不受系統(tǒng)掉電的影像。 ADXL345 的功能框圖如圖 33： 圖 33 ADXL345 功能框圖 從 ADXL345 的功能框圖可以看出，它提供了兩個(gè)中斷，并且它的中斷很靈活，使用時(shí)可以映射到任意的一個(gè)中斷引腳，方便了我們了操作，并且它的內(nèi)部已經(jīng)集 三軸位置傳感器模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 14 成了模數(shù)轉(zhuǎn)換，因此我們采集到的直接就是 16 位的數(shù)字量。 E 為使能端， 由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)候，液晶屏執(zhí)行顯示命令 ， D0~D7 為雙向數(shù)據(jù)線，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。 I2C 總線在接 正電源 時(shí)需要使用上拉電阻 。并且 SDA 先上傳送的數(shù)據(jù)必須為 8 的整數(shù)倍，每傳送一個(gè)字節(jié)，必須有一個(gè)確 認(rèn)信號(hào)。 小于閾值 大于 閾值 圖 41 程序設(shè)計(jì)流程圖 本程序的設(shè)計(jì)是在 keil uVision 環(huán)境下進(jìn)行了。 而本課題研究的三軸位置傳感器，在單片機(jī)系統(tǒng)上電復(fù)位之后，首先要進(jìn)行的就是對(duì) ADXL345 模塊以及 1602 液晶模塊進(jìn)行初始化，只有這樣系統(tǒng)才能夠正常的采集數(shù)據(jù)，并且準(zhǔn)確的顯示出計(jì)算的數(shù)據(jù) 計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器 8051 單片機(jī)片內(nèi)有兩 個(gè)十六位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器：定時(shí)器 0(T0)和定時(shí)器 1(T1)。由此，單片機(jī)中的定時(shí)器和計(jì)數(shù)器是一個(gè)東西，只不過(guò)計(jì)數(shù)器是記錄的外界發(fā)生的事情，而定時(shí)器則是由單片機(jī)提供一個(gè)非常穩(wěn)定的計(jì)數(shù)源。 三軸位置傳感器模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 22 預(yù)置值計(jì)算：用最大計(jì)數(shù)量減去需要的計(jì)數(shù)次數(shù)即可。即就是 SDA 和 SCL 都要從高電平變?yōu)榈碗娖健? 這里以 x 軸位置的計(jì)算的算法為例， y,z 軸的計(jì)算與之完全相同。 （ 5）如果最后的 flag 為 1，也就是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了變化，此時(shí)的速度令它為一次判斷的初速度，距離為一次累加的初始狀態(tài)。 三軸位置傳感器模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 29 程序的源代碼如下： include include //Keil library include //Keil library include define uchar unsigned char define uint unsigned int define DataPort P0 //LCD1602 數(shù)據(jù)端口 sbit SCL=P1^4。 BYTE BUF[8]。 void InitLcd()。 //單個(gè)讀取內(nèi)部寄存器數(shù)據(jù) void Multiple_Read_ADXL345()。 BYTE ADXL345_RecvByte()。 temp_data=temp_data%100。j121。_nop_()。LCM_EN=0。_nop_()。 _nop_()。 WriteCommandLCM(0x01)。 LCM_EN=0。LCM_RW=0。 _nop_()。 return result。LCM_RW=1。 } /*******************************/ void delay(unsigned int k) { 三軸位置傳感器模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 31 unsigned int i,j。 temp_data=temp_data%10000。 void ADXL345_Stop()。 void DisplayOneChar(uchar X,uchar Y,uchar DData)。//Q,T,K 為 x， y， z軸的加速度。 //LCD1602 命令端口 sbit LCM_EN=P2^7。它的初始化 三軸位置傳感器模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 27 過(guò)程為先 延時(shí) 15ms， 再 寫指令 38H（不檢測(cè)忙信號(hào)） ， 延時(shí) 5ms， 寫指令 38H（不檢測(cè)忙信號(hào)） ， 延時(shí) 5mS， 寫指令 38H（不檢測(cè)忙信號(hào)） ， 以后每次寫指令、讀 /寫數(shù)據(jù)操作均需要檢測(cè)忙信號(hào) ， 寫指令 38H：顯示模式設(shè)置 ， 寫指令 08H：顯示關(guān)閉 ，寫指令 01H：顯示清屏 ， 寫指令 06H：顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置 ， 寫指令 0CH：顯示開及光標(biāo)設(shè)置 。 （ 3）如果 ax_old 與 ax_new 之差的絕度值大于閾值，對(duì) x 方向的速度進(jìn)行累加，對(duì)距離進(jìn)行累加，否則保持不變。 因?yàn)槲覀円@得三個(gè)軸的加速度信息，因此要在 0x32～ 0x37地址范圍 內(nèi) 連續(xù)讀出 ADXL345 內(nèi)部加速度數(shù)據(jù)， 首先 發(fā)送設(shè)備地址 和要寫入的 信號(hào) 通過(guò)總線寫入 ADXL345,再 從 0x32 發(fā)送存儲(chǔ)單元地址， 然后 發(fā)送設(shè)備地址 加上要 讀信號(hào) ，使用循環(huán) 連續(xù)讀取 6 個(gè) 地址數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在全局變量 BUF 中。 通常情況下中斷操作是和定時(shí)操作結(jié)合起來(lái)使用的，下面介紹下 中斷允許控制寄存器 IE 和 中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器 IP。也就是說(shuō)計(jì)數(shù)脈沖的間 隔與晶振有關(guān)， 12M的晶振，計(jì)數(shù)脈沖的間隔是 1 微秒。在每個(gè)機(jī)器周期的器件，采樣外部引腳輸入電平，若前一個(gè)機(jī)器周期采樣值為 1，后一個(gè)機(jī)器周期的采樣值為 0，那么計(jì)數(shù)器的值加 1。 Keil uVision 軟件