為了克服有線加速度傳感系統(tǒng)中由導線所導致的數(shù)據(jù)傳輸弊端，以射頻數(shù)字傳輸方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)導線傳輸方式。給出了無線加速度測量系統(tǒng)設(shè)計方案，設(shè)計了系統(tǒng)電路并進行調(diào)試。加速度信號采集及射頻收發(fā)試驗表明，在400 m范圍內(nèi)，測量數(shù)據(jù)傳輸準確。在近距運動物體加速度測量的復雜環(huán)境中，該系統(tǒng)能夠克服因采用傳輸導線所帶來的一些缺點。

　　引言

　　微電子與微機械(MEMS)技術(shù)的發(fā)展，使現(xiàn)代傳感器設(shè)計向微型化、智能化、集成化、微低功耗方向發(fā)展。MEMS技術(shù)突破了傳統(tǒng)傳感器設(shè)計受質(zhì)量、體積、功耗等技術(shù)瓶頸的束縛，在各測量領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。而隨著無線技術(shù)的發(fā)展，傳感器技術(shù)與無線技術(shù)結(jié)合得越來越緊密，利用無線技術(shù)開發(fā)信號采集無線傳輸模塊可以克服有線傳輸?shù)谋锥恕?/p>

　　本文結(jié)合三軸線性MEMS慣性傳感器LIS331DL和單片無線收發(fā)器nRF905構(gòu)建加速度測量無線傳輸系統(tǒng)，避免因采用傳輸導線所帶來的不利影響和使用上的不方便。該系統(tǒng)的特點是集電源、加速度傳感器、微控器、射頻收發(fā)器于一體，體積小、功耗低，能夠實現(xiàn)對運動物體三維方向上加速度的測量。所設(shè)計的系統(tǒng)裝置可以非常方便地固定于運動物體上，尤其適合近距復雜環(huán)境中對運動物體加速度的測量。

　　1 系統(tǒng)組成和工作原理

　　系統(tǒng)總體構(gòu)成如圖1所示。系統(tǒng)分為主、從機兩部分。從機負責測量運動物體的加速度并通過射頻傳輸方式發(fā)射測量數(shù)據(jù);主機負責接收從機發(fā)射的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行實時顯示，并將數(shù)據(jù)結(jié)果通過RS 232串口保存到PC機中以供分析。

　　系統(tǒng)采用電池供電，在非工作模式下處于待機模式，通過控制按鍵實現(xiàn)工作模式和待機模式的切換以進一步節(jié)省功耗，保證電池長時間工作。

　　2 硬件設(shè)計

　　硬件設(shè)計主要包括傳感器與微控器外圍連接電路設(shè)計、射頻收發(fā)器與微控器外圍連接電路設(shè)計等。

　　2.1 微控制器

　　經(jīng)對比選用高速C8051F310單片機作為系統(tǒng)的微控器。C8051F310是完全集成的混合信號片上系統(tǒng)型MCU芯片，具有片內(nèi)上電復位、VDD監(jiān)視器、看門狗定時器和時鐘振蕩器的真正獨立工作的片上系統(tǒng)，片內(nèi)外設(shè)豐富。

　　2.2 LIS331DL傳感器電路設(shè)計

　　LIS331DL是ST納米運動傳感器家族中具有最小封裝(LGA16封裝，3 mm×3 mm×1 mm)、最低功耗(小于1 mW)的三軸線性加速度傳感器。

　　邏輯框圖如圖2所示。LIS331DL內(nèi)部有按互相垂直關(guān)系放置的三個敏感質(zhì)量塊。當有外界加速度作用時，敏感質(zhì)量塊會偏離其平衡位置一段位移，外界加速度越大位移就越大。由于敏感質(zhì)量塊位于兩個電極組成的電容之間，質(zhì)量塊位移的變化會引起電容電極兩端電荷量的變化，電荷量的變化經(jīng)電容/電壓變換器轉(zhuǎn)化為電壓的變化，A/D轉(zhuǎn)換器將模擬電壓值轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)字值，從I2C/SPI串行接口的三個輸出軸以二進制補碼的形式輸出。該芯片能夠測量運動物體在三維空間的線加速度，三個輸出軸上加速度的矢量和即為運動物體的加速度。

　　該芯片具有標準的I2C/SPI串行總線接口，內(nèi)置嵌入式功能，為用戶提供動態(tài)可編程設(shè)置的兩個量程±2g/±8g以適應(yīng)不同的應(yīng)用場合，數(shù)據(jù)輸出速率可編程選擇為100 Hz/400 Hz以適應(yīng)不同外設(shè)的速率要求。當外界加速度值超過三個輸出軸中至少一個軸的可編程加速度閾值時，芯片可被配置用以產(chǎn)生慣性喚醒/自由落體中斷信號。LIS331DL能夠承受10 000g的加速度沖擊而依然保持性能不變。

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