【導(dǎo)讀】三軸位置傳感器模塊設(shè)計與實現(xiàn)

　　

【正文】 。 圖 47 I2C 尋址 圖 48 I2C 時序圖 在具體加速度采集時，可以按照如下步驟進(jìn)行：讓 ADXL345 開始工作，首先產(chǎn)生下降沿，并且時鐘線要拉低。即就是 SDA 和 SCL 都要從高電平變?yōu)榈碗娖健? 三軸位置傳感器模塊設(shè)計與實現(xiàn) 24 然后進(jìn)行應(yīng)答信號的接收與發(fā)送。不管接收還是 發(fā)送，時鐘線都是由高電平變?yōu)榈碗娖健?然 后根據(jù) 圖 34 的寄存器映射，對 ADXL 初始化，選擇讀取速度，校正 x， y，z 三軸加速度的偏移量。 因為我們要獲得三個軸的加速度信息，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 通過總線寫入 ADXL345,再 從 0x32 發(fā)送存儲單元地址， 然后 發(fā)送設(shè)備地址 加上要 讀信號 ，使用循環(huán) 連續(xù)讀取 6 個 地址數(shù)據(jù)，存儲在全局變量 BUF 中。 位置計算 從 ADXL345 采集到的是二進(jìn)制數(shù)，因此必須把二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為 10 進(jìn)制數(shù)，也就是合成數(shù)據(jù)，根據(jù)加速度傳感器的數(shù)據(jù)手冊 ，乘上系數(shù) 再除以 1000 這樣 變?yōu)橐?g 為單位的加速度信息 ，有助于后期數(shù)據(jù)的處理。 根據(jù)等式 (28)、 (29)、 (210)計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 方向 進(jìn)行計算。 因為可能會有正負(fù)的變化，計算角度時，經(jīng)過反正切運算之后，它的取值范圍是 90 度到 90 度，因此即使是負(fù)角，它的余弦值也是正值，所以這里的加速度信息，不能讓它進(jìn)行絕對值處理，否則就會一直的累加，造成錯誤。 這里以 x 軸位置的計算的算法為例， y,z 軸的計算與之完全相同。 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)。令此時的加速度 ax_old,再讀取一個數(shù)據(jù)令它為 ax_new。 （ 2）計算三個軸的加速度變化是否都超過了閾值，如果都超過了，平臺的傾斜角度也會發(fā)生變化，此時重新計算傾斜角度，否則的話，傾斜角度沒有發(fā)生變化。 （ 3）如果 ax_old 與 ax_new 之差的絕度值大于閾值，對 x 方向的速度進(jìn)行累加，對距離進(jìn)行累加，否則保持不變。并設(shè)一個標(biāo)志量 flag，它的初始值為 0，如果進(jìn)行了數(shù)據(jù)累加，那么令它的值為 1。 （ 4）因為選用的采樣頻率為 ，因此采樣間隔為 毫秒，采樣十次顯示一次結(jié)果。所以循環(huán)進(jìn)行 (2)、 (3)步。 （ 5）如果最后的 flag 為 1，也就是運動狀態(tài)發(fā)生了變化，此時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)。否則的話令此時的速度為 0，距離還是保持不變。 圖 49 給出了算法的具體流程圖： 三軸位置傳感器模塊設(shè)計與實現(xiàn) 25 N Y N Y N Y 圖 49 x 軸 位置計算算法流程圖 采集加速 度數(shù)據(jù)為 old 采集加速 度數(shù)據(jù)為 new 三個軸|newold|≥ 重新計算傾斜角度 傾斜角度保持不變 X 軸 |newold|≥ 求速度和加速度，令 Flag=1 Flag=0 Falg=1 V0=Vt， S0=St V0=0， S0=S0 結(jié)束 三軸位置傳感器模塊設(shè)計與實現(xiàn) 26 顯示模塊 這里液晶顯示采用的是 1602 液晶屏，圖 34 是它的電路圖 。 LCD1602 的芯片基本 操作 如圖 410： 圖 410 1602 的基本操作 讀操作時候的時序如圖 411： 圖 411 讀操作時序 寫操作時候的時序如圖 412： 圖 411 寫操作時序 知道了 1602 的讀寫時候的時序圖，就很容易寫出它的驅(qū)動 程序。它的初始化 三軸位置傳感器模塊設(shè)計與實現(xiàn) 27 過程為先 延時 15ms， 再 寫指令 38H（不檢測忙信號） ， 延時 5ms， 寫指令 38H（不檢測忙信號） ， 延時 5mS， 寫指令 38H（不檢測忙信號） ， 以后每次寫指令、讀 /寫數(shù)據(jù)操作均需要檢測忙信號 ， 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)移動設(shè)置 ， 寫指令 0CH：顯示開及光標(biāo)設(shè)置 。 實際上我們顯示的數(shù)據(jù)分為兩行，它的每一行從 0 開始到 15 有 16 個位置 。也就是說每行最多顯示 16 個字符，可以本課題滿足要求。 它的流程圖為： 圖 412 1602 驅(qū)動流程圖 實驗結(jié)果 根據(jù)前面的算法，在 keil軟件中編寫相關(guān)的代碼，下載在單片機(jī)中后，整個模塊的運作結(jié)果如圖 41 414 所示： 開始 Lcd 初始化 延時 設(shè)置第一行位置 顯示第一行內(nèi)容 設(shè)置第 二 行位置 設(shè)置第 二 行 內(nèi)容 三軸位置傳感器模塊設(shè)計與實現(xiàn) 28 圖 413 平臺初始位置的讀數(shù) 圖 414 平臺位置發(fā)生 變化的讀數(shù) 圖 413 是 平臺初始位置的讀數(shù)，很明顯初始位置的讀數(shù)都為零，圖 414 為位置狀態(tài)發(fā)生變化時候的讀數(shù) ，平臺位置發(fā)生變化時，它的讀數(shù)也發(fā)生了變化，因為該模塊主要應(yīng)用于人體，所以此時在模塊變化時候還有一定的誤差，這是可以通過設(shè)定閾值改進(jìn)的。 三軸位置傳感器模塊設(shè)計與實現(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。 //IIC 時鐘引腳定義 sbit SDA=P1^3。 //IIC 數(shù)據(jù)引腳定義 sbit LCM_RS=P2^6。 //LCD1602 命令端口 sbit LCM_RW=P2^5。 //LCD1602 命令端口 sbit LCM_EN=P2^7。 //LCD1602 命令端口 define SlaveAddress 0xA6 typedef unsigned char BYTE。 typedef unsigned short WORD。 typedef bit BOOL。 BYTE BUF[8]。 //接收數(shù)據(jù)緩存區(qū) uchar ge,shi,bai,qian,wan。 //顯示變量 int dis_datax,dis_datay,dis_dataz。 //變量 float idata T,K,Q,Q0,T_0,K0,angy,angz,angx。//Q,T,K 為 x， y， z軸的加速度。 angx，angy， angz 為相對于標(biāo)準(zhǔn)位置的偏移角度 float idata vx0=0,vx=0,vy0=0,vy=0,vz0=0,vz=0。 float idata sx=0,sx0=0,sy=0,sy0=0,sz=0,sz0=0。 void delay(unsigned int k)。 void InitLcd()。 //初始化 lcd1602 void Init_ADXL345(void)。 //初始化 ADXL345 void WriteDataLCM(uchar dataW)。 void WriteCommandLCM(uchar CMD)。 void DisplayOneChar(uchar X,uchar Y,uchar DData)。 三軸位置傳感器模塊設(shè)計與實現(xiàn) 30 void conversion(uint temp_data)。 void Single_Write_ADXL345(uchar REG_Address,uchar REG_data)。 //單個寫入數(shù)據(jù) uchar Single_Read_ADXL345(uchar REG_Address)。 //單個讀取內(nèi)部寄存器數(shù)據(jù) void Multiple_Read_ADXL345()。//連續(xù)的讀取內(nèi)部寄存器數(shù)據(jù) void Delay5us()。 void Delay5ms()。 void ADXL345_Start()。 void ADXL345_Stop()。 void ADXL345_SendACK(bit ack)。 bit ADXL345_RecvACK()。 void ADXL345_SendByte(BYTE dat)。 BYTE ADXL345_RecvByte()。 void ADXL345_ReadPage()。 void ADXL345_WritePage()。 //轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù) void conversion(uint temp_data) { wan=temp_data/10000+0x30 。 temp_data=temp_data%10000。 //取余運算 qian=temp_data/1000+0x30 。 temp_data=temp_data%1000。 //取余運算 bai=temp_data/100+0x30 。 temp_data=temp_data%100。 //取余運算 shi=temp_data/10+0x30 。 temp_data=temp_data%10。 //取余運算 ge=temp_data+0x30。 } /*******************************/ void delay(unsigned int k) { 三軸位置傳感器模塊設(shè)計與實現(xiàn) 31 unsigned int i,j。 for(i=0。ik。i++) { for(j=0。j121。j++) {。}} } /*******************************/ BOOL WaitForEnable(void) { BOOL result。 LCM_RS=0。LCM_RW=1。LCM_EN=1。 _nop_()。_nop_()。_nop_()。 result=(BOOL)(DataPortamp。0x80)。 LCM_EN=0。 return result。 } /*******************************/ void WriteCommandLCM(uchar CMD) { while(WaitForEnable())。 LCM_RS=0。LCM_RW=0。LCM_EN=0。 _nop_()。 _nop_()。 DataPort=CMD。 _nop_()。 _nop_()。 LCM_EN=1。 _nop_()。_nop_()。 LCM_EN=0。 } 三軸位置傳感器模塊設(shè)計與實現(xiàn) 32 /*******************************/ void WriteDataLCM(uchar dataW) { while(WaitForEnable())。 LCM_RS=1。LCM_RW=0。LCM_EN=0。 _nop_()。 DataPort=dataW。 _nop_()。 LCM_EN=1。_nop_()。_nop_()。 LCM_EN=0。 } /***********************************/ void InitLcd() { WriteCommandLCM(0x38)。 WriteCommandLCM(0x0c)。 WriteCommandLCM(0x06)。 WriteCommandLCM(0x01)。 } /***********************************/ void DisplayOneChar(uchar X,uchar Y,uchar DD