加速度傳感器工作原理及應(yīng)用

可穿戴設(shè)備當中傳感器至關(guān)重要，其中的加速度傳感器能夠完成位置及姿勢的識別。本文通過對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自身器件的加速度進行檢測。其自身的物理實現(xiàn)方式咱們就不去展開了，可以想象芯片內(nèi)部有一個真空區(qū)域，感應(yīng)器件即處于該區(qū)域，其通過慣性力作用引起電壓變化，并通過內(nèi)部的ADC給出量化數(shù)值。

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

在靜止的狀態(tài)下，傳感器一定會在一個方向重力的作用，因此有一個軸的數(shù)據(jù)是1g（即9.8米/秒的二次）。在實際的應(yīng)用中，我們并不使用跟9.8相關(guān)的計算方法，而是以1g作為標準加速度單位，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。一般作為計步應(yīng)用來說，2g是足夠的，除去重力加速度1g，還能檢測出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8位（共16位）寄存器來存取一個軸的當前讀數(shù)。由于有正反兩個方向的加速度，所以16位數(shù)是有符號整型，實際數(shù)值是15位。以（+-）2g量程來算，精度為2g/2^15= 2000mg/32768 =0.061mg。

當以上圖所示的靜止狀態(tài)，z軸正方向會檢測出1g，X、Y軸為0.如果調(diào)轉(zhuǎn)位置（如手機屏幕翻轉(zhuǎn)），那總會有一個軸會檢測出1g，其他軸為0，在實際的測值中，可能并不是0，而是有細微數(shù)值。

在運動過程中，x，y，z軸都會發(fā)生變化。計步運動也有其固有的數(shù)值規(guī)律，因為邁步過程也有抬腳和放腳的規(guī)律過程，如下圖?！澳_蹬離地是一步的開始，此時由于地面的反作用力，垂直方向加速度開始增大，當腳達到最高位置時，垂直方向加速度達到最大；然后腳向下運動，垂直加速度開始減小，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，雙腳觸地時增大，一腳離地時減小?！?/p>

二、加速度傳感器應(yīng)用

1. 靜止時進行運動檢測

使用OR電路工作方式，設(shè)置一個較小的運動閾值，只檢測X，Y軸數(shù)據(jù)是否超過該閾值（Z軸這時有1g，咱不管這個軸了）即可。只要X，Y任一軸數(shù)據(jù)超過閾值一定時間即認為設(shè)備處于wakeup狀態(tài)了。

2. 失重檢測

失重時Z軸的加速度和重力加速度抵消，在短時間內(nèi)會為0，而且X，Y軸沒有變化，因此在短時間內(nèi)三者都為0。這里使用AND電路工作方式，設(shè)置一個較小的運動閾值，當三個方向的數(shù)據(jù)都小于閾值一定時間時即認為是失重。

3. 位置姿勢識別

例如手機翻轉(zhuǎn)等應(yīng)用場景就是利用這個特性。