【正文】 速度對(duì)時(shí)間的二次積分就是位移，從而 再經(jīng)過 處理，就可以得到最終的位置信息。 漂移： 傳感器在輸入量不變的情況下，輸出量隨 時(shí)間變化的現(xiàn)象。由于現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展迅速，敏感元件與傳感器產(chǎn)品的更新?lián)Q代周期越來越短，使得一些 新型傳感器具有原理新穎、機(jī)理復(fù)雜、技術(shù)綜合等鮮明的特點(diǎn)，因此，需要不斷的更新生產(chǎn)技術(shù)，配備相關(guān)的生成設(shè)備，同時(shí)需要配備多方面的高技術(shù)人才協(xié)同攻關(guān)。本課題所使用的三軸加速度傳感器具有體積小，重量輕的特點(diǎn)，可以測(cè)量空間加速度，能夠完全準(zhǔn)確反映物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，在控制，儀器儀表等領(lǐng)域，以及其他的電子設(shè)備，例如智能手機(jī)，筆記本電腦 ，數(shù)碼相機(jī) 等方面都有著最廣泛的應(yīng)用。 本課題主要的內(nèi)容是用三軸加速度傳感器結(jié)合單片機(jī)設(shè)計(jì)出基于人體位置變化的三軸位置傳感器模塊，并實(shí)現(xiàn)該模塊。第三章 根據(jù)第二章提出的解決方案，對(duì)三軸位置傳感器進(jìn)行了詳細(xì)的硬件設(shè)計(jì) ， 包括電路原理圖的 繪制 ， 根據(jù)需求選擇元器件，在原理圖的基礎(chǔ)上對(duì)實(shí)際電路連接、調(diào)試。 傳感 器的分類 傳感器種類繁多，功能各異。而三軸加速度傳感器是加速度傳感器的一種，因此它也是基于這個(gè)原理設(shè)計(jì)的。人體在靜止?fàn)顟B(tài)下，加速度變化介于 － ~ 之間，因此可以將 作為判斷的一個(gè)閾值。判斷人體從靜止?fàn)顟B(tài)到運(yùn)動(dòng)狀態(tài)很重要，因?yàn)榧铀俣扔?jì)有個(gè)波動(dòng)范圍，因此需要有一個(gè)閾值能夠判斷出狀態(tài)的變化?？偩€的擴(kuò)展電路為 64KB。 圖 34 為 1602 液晶顯示屏的電路圖。 圖 38 起始信號(hào)： SCL 為高電平時(shí)， SDA 由高電平向低電平的跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。 Keil uVision 軟件提供豐富的 庫(kù)函數(shù) 和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具 。也就是說計(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。 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。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 。//Q,T,K 為 x， y， z軸的加速度。 void ADXL345_Stop()。 } /*******************************/ 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。 return result。LCM_RW=0。 WriteCommandLCM(0x01)。_nop_()。_nop_()。 temp_data=temp_data%100。 //單個(gè)讀取內(nèi)部寄存器數(shù)據(jù) void Multiple_Read_ADXL345()。 BYTE BUF[8]。 （ 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)。即就是 SDA 和 SCL 都要從高電平變?yōu)榈碗娖?。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。 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。 I2C 總線在接 正電源 時(shí)需要使用上拉電阻 。 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。 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。 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)。 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）。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。無論是農(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)；無論是高新技術(shù)領(lǐng)域，還是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)；無論是大型成 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。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 。三軸位置傳感器模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 三軸位置傳感器模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 目錄 摘要 ........................................................................................................................................................................................ I ABSTRACT ....................................................................................................................................................................... II 引言 ....................................................................................................................................................................................... 1 1 緒論 .................................................................................................................................................................................. 2 傳感器技術(shù) ..............................................................................................................................................................2 什么是傳感器 ................................................................................................................................................. 2 傳感器的分類 ................................................................................................................................................. 3 傳感器的基本特性 ........................................................................................................................................ 3 三軸加速度傳感器 .................................................................................................................................................4 加速度傳感器 的原理 ................................................................................................................................... 4 加速度傳感器的應(yīng)用 ................................................................................................................................... 5 2 三軸位置傳感器模塊設(shè)計(jì)方案 ................................................................................................................................. 6 理論基礎(chǔ) ...................................................................................................................................................................6 坐標(biāo)分析 ......................................................................................................................................................... 6 靜止到運(yùn)動(dòng)的判斷 ........................................................................................................................................ 7 位置的計(jì)算 ..................................................................................................................................................... 7 系統(tǒng)框架 ...................................................................................................................................................................9 本章小結(jié) .................................................................................................................................................................10 3 三軸位置傳感器的硬件設(shè)計(jì) .................................................................................................................................... 11 系統(tǒng)的硬件架構(gòu) ....................................................................................................................................................11 硬件設(shè)計(jì) .................................................................................................................