加速度傳感器工作原理及應(yīng)用

可穿戴設(shè)備當(dāng)中傳感器至關(guān)重要，其中的加速度傳感器能夠完成位置及姿勢(shì)的識(shí)別。本文通過(guò)對(duì)三軸傳感器工作原理的解析，幫助讀者更好的理解加速度傳感器的應(yīng)用。

一、加速度傳感器工作原理

加速度傳感器自然是對(duì)自身器件的加速度進(jìn)行檢測(cè)。其自身的物理實(shí)現(xiàn)方式咱們就不去展開(kāi)了，可以想象芯片內(nèi)部有一個(gè)真空區(qū)域，感應(yīng)器件即處于該區(qū)域，其通過(guò)慣性力作用引起電壓變化，并通過(guò)內(nèi)部的ADC給出量化數(shù)值。

對(duì)于三軸加速度傳感器，其能檢測(cè)X、Y、Z的加速度數(shù)據(jù)，如下圖：

在靜止的狀態(tài)下，傳感器一定會(huì)在一個(gè)方向重力的作用，因此有一個(gè)軸的數(shù)據(jù)是1g（即9.8米/秒的二次）。在實(shí)際的應(yīng)用中，我們并不使用跟9.8相關(guān)的計(jì)算方法，而是以1g作為標(biāo)準(zhǔn)加速度單位，或者使用1/1000g，即mg。既然是ADC轉(zhuǎn)換，那么肯定會(huì)有量程和精度的概念。在量程方面，Lis3dh支持（+-）2g/4g/8g/16g四種。一般作為計(jì)步應(yīng)用來(lái)說(shuō)，2g是足夠的，除去重力加速度1g，還能檢測(cè)出1g的加速度。至于精度，那就跟其使用的寄存器位數(shù)有關(guān)了。Lis3dh使用高低兩個(gè)8位（共16位）寄存器來(lái)存取一個(gè)軸的當(dāng)前讀數(shù)。由于有正反兩個(gè)方向的加速度，所以16位數(shù)是有符號(hào)整型，實(shí)際數(shù)值是15位。以（+-）2g量程來(lái)算，精度為2g/2^15= 2000mg/32768 =0.061mg。

當(dāng)以上圖所示的靜止?fàn)顟B(tài)，z軸正方向會(huì)檢測(cè)出1g，X、Y軸為0.如果調(diào)轉(zhuǎn)位置（如手機(jī)屏幕翻轉(zhuǎn)），那總會(huì)有一個(gè)軸會(huì)檢測(cè)出1g，其他軸為0，在實(shí)際的測(cè)值中，可能并不是0，而是有細(xì)微數(shù)值。

在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，x，y，z軸都會(huì)發(fā)生變化。計(jì)步運(yùn)動(dòng)也有其固有的數(shù)值規(guī)律，因?yàn)檫~步過(guò)程也有抬腳和放腳的規(guī)律過(guò)程，如下圖。“腳蹬離地是一步的開(kāi)始，此時(shí)由于地面的反作用力，垂直方向加速度開(kāi)始增大，當(dāng)腳達(dá)到最高位置時(shí)，垂直方向加速度達(dá)到最大；然后腳向下運(yùn)動(dòng)，垂直加速度開(kāi)始減小，直到腳著地，垂直加速度減到最小值。接著下一步邁步。前向加速度由腳與地面的摩擦力產(chǎn)生，雙腳觸地時(shí)增大，一腳離地時(shí)減小。”

二、加速度傳感器應(yīng)用