MEMS六軸傳感器的可穿戴設(shè)備電路設(shè)計—電路精選（37）

現(xiàn)在市面上的可穿戴設(shè)備越來越多，對于可穿戴設(shè)備，尤其是手腕式的可穿戴設(shè)備的競爭日益激烈。對于可穿戴設(shè)備的研究核心在于可穿戴傳感器的研究。可穿戴設(shè)備的功能日趨強(qiáng)大與其內(nèi)部使用的可穿戴傳感器數(shù)量的增加和性能提高息息相關(guān)。

本文基于MEMS六軸傳感器技術(shù)，目的在于設(shè)計出一套可以用于運(yùn)動軌跡檢測的可穿戴設(shè)備。利用現(xiàn)有的藍(lán)牙4.0 技術(shù)，將六軸傳感器收集到的數(shù)據(jù)實時傳送到上位機(jī)，通過MATLAB 等仿真軟件以及合理的數(shù)據(jù)處理，得到最接近現(xiàn)實的運(yùn)動軌跡。

工作原理及電路原理

MEMS六軸傳感器工作原理

MEMS慣性傳感器采用集成電路的工藝，以其獨特的加工工藝區(qū)別于其他慣性傳感器。優(yōu)點在于可靠性高、制造成本低廉、并且壽命更長。同時還具有重量輕、易集成、耗電量低、體積小、能大批量生產(chǎn)的特點。MEMS 傳感器在同一個芯片上進(jìn)行信號傳輸前可放大信號，提高信號水平，減小干擾和傳輸噪聲。特別是同一芯片上進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換時，更能改善信噪比。

圖1 加速度傳感器的工作原理圖

MEMS 六軸傳感器是由一個三軸陀螺儀傳感器和一個三軸加速計傳感器集成在同一個芯片上，可以實時輸出陀螺儀和加速計讀取到的數(shù)據(jù)。加速計的原理和傳統(tǒng)的原理形似。三軸陀螺儀的工作原理則與傳統(tǒng)的陀螺儀原理不同，傳統(tǒng)的陀螺儀理論依據(jù)是角動量守恒定律。不停轉(zhuǎn)動的物體，他的轉(zhuǎn)軸指向是不隨它原本的支架的轉(zhuǎn)動而變化的。MEMS 陀螺儀是利用科里奧式力，物體被驅(qū)動，不停的來回做頸向運(yùn)動，科里奧式力就不在橫向來回變化。

可穿戴硬件系統(tǒng)的設(shè)計

本硬件系統(tǒng)的主要組成是由傳感器的數(shù)據(jù)采集和藍(lán)牙射頻倆部分構(gòu)成。傳感器部分主要由六軸傳感器MPU6050 和氣壓溫度傳感器BMP180，藍(lán)牙芯片選用TI 公司的CC2541。MPU6050 和BMP180 通過I2C 總線和CC2541相連，將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給藍(lán)牙芯片。藍(lán)牙芯片再通過板子上的巴倫濾波器和陶瓷天線將收集到的數(shù)據(jù)傳輸出去。詳細(xì)系統(tǒng)原理圖2。將倆部分電路集成在同一個電路板在上，制作出一套開穿戴開發(fā)平臺，如圖3。通過這套自行研發(fā)的開發(fā)平臺，可以做大量軌跡實驗，為下一步的軌跡模擬提供了實驗環(huán)境保證。

圖2（a）：系統(tǒng)電路原理圖CC2541 部分

圖2（b）：系統(tǒng)電路原理圖傳感器部分

圖3：可穿戴開發(fā)設(shè)備

編者結(jié)語

本可穿戴開發(fā)平臺設(shè)計是基于MEMS六軸傳感器MPU6050的基本原理，并且結(jié)合了藍(lán)牙的傳輸技術(shù)，可以方便、快速的將運(yùn)動采集到的數(shù)據(jù)快速的傳輸?shù)絇C 上。采集到的數(shù)據(jù)主要應(yīng)用于后期可穿戴計算的研究。