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飞思卡尔加速度传感器功能及特性
加速传感器工作原理及架构 由图1可知,X轴或Z轴的重力检测单元将检测到的加速度变化量信号送到电荷积分器做积分运算,而后进行取样、保持及信号放大处理,最后用低通滤波器滤除高频噪音,在温度补偿处理后即可输出加速度信息。此输出之类比电压与侦测的加速度值会维持线性比例的特性,不会受到温度的影响。
1)倾斜度侦测 倾斜度侦测电子罗盘,倾斜仪,文本滚动浏览/用户界面,图像旋转,LCD投影,物理治疗法。 加速传感器在静止时,可用来检测倾斜角,倾斜角在 90 ~+90 之间变化时,加速传感器输出会在 1.0g~+1.0g之间变化。输出电压对应倾斜角的公式如下示: 其中: VOUT=加速传感器的输出 在测量倾斜角度时,需考虑倾斜角解析度与AD转换器搭配的问题,在安装加速传感器时需要确保反映轴与地面垂直。
运动检测可用于运动控制,计步器,基本运动检测。 图8 给出了跳跃运动产生的电压输出变化示意,由图中可知,当跳跃至最高点时处于无重力的状态,当落至地面时加速度出现近似脉冲的波形,由曲线的变化即可判断具体的运动情况。
3)定位侦测 定位侦测可用于汽车导航,防盗设备,地图跟踪。 4)震动侦测 震动侦测可用于下降记录,黑盒子/故障记录仪,HDD保护,运输和处理监视器。 震动侦测只需考虑的因素是选择g值的范围。一般按照被测量对象的减速度决定了震动检测所需的加速传感器的规则选取。当然,算法将随每种设计的不同而不同,一般设为高于某个临界值。通常情况下,重力的变化范围为:自由落体检测为 1.5g而汽车撞击为 250g。 5)振动侦测 振动侦测可用于地震活动监视器,智能电机维护,家电平衡和监测。 6)自由落下侦测 自由落下侦测可用于自由落体保护,下降记录,下降检测,运动控制和认知等。 自由落下侦测可分为三种,分别为:线性落下、旋转型落下和抛射落下。它需靠量的因素包括:g的范围一般落在 1g间;由于抛射型落下,因此需考量横轴加速度的多寡及自由落下时要求检测的高度。 在完整的自由落体中,线性自由落体需要一个3轴加速计来完成检测。而旋转和抛射自由落体需要一个复杂的算法来监控自由落体信号。
新型MMA7260Q是XYZ低g加速传感器,其特性包括: 单封装3轴感应 低压操作:2.2~3.6V 电流消耗低(典型值:500 A ) 休眠模式下电流消耗低(3 A) 模拟输出 350Hz 带宽 g选择:1.5g, 2g, 4g, 和 6g 快速的上电响应时间(1ms) QFN-16 封装(6mm x 6 mmx 1.45mm) 无铅材料和绿色材料 20~+85℃的工作温度 MMA7260Q具有低功耗特 性,它包含一个休眠模式管脚。在休眠模式下, MMA7260Q的最大电流仅为3 A;在普通模式下, MMA7260Q的最大电流为500 A 。由于电池消耗低,寿命延长,故而使其成为小型电池供电便携式设备的理想之选。 MMA7260Q应用电路 图6为MMA7260Q的实际应用电路,如图示只需将电阻增加1k ,电容增加0.1 F, 即可将开关电容滤波电路的时钟噪声降至最低。 MMA7260Q的g选择 MMA7260Q的g选择可参照表1,通常g的范围由MCU的I/O驱动控制,在应用时如何确保获得最佳的灵敏度状态,则可以设定如果当MCU在读取感测器的时候,出现满格的状况并持续一段时间,则MCU必须设定更大的g值范围来确定是否输出还会饱和。在不同的应用时,也可以透过设定不同的g值范围来获得最佳的灵敏度状态。 表1:MMA726Q的g选择(略)
基于以往的经验,对于g值的选择,有以下四个实际建议:1.5g 适合自由落体或精确的倾斜补偿应用;2g适合手持式运动检测或游戏控制器;4g适合于低振动监控、运输和处理而6g适合高振动监控与较高的震动读取。
加速传感器可用作汽车翻车事故、拖车制动器控制、智能电机、 PDA滚动、LCD投影仪防震、镜头保护、HDD保护与图像稳定性等各个方面。 在马达控制器应用中,通过加速传感器可以将震动量变化为数据,借此数据可判断出震动量的大小,可用作预防性维修、检测振动信号、检测电机故障并节省成本。 在HDD保护应用中,自由落下侦测是最近出现在消费性电子产品的一个新的应用,利用此项功能可以保护HDD的资料安全。在HDD自由落下撞击地面之前,从加速传感器所得的资料分析出相应的危机状态,系统可立即令HDD读写头做出反应,以防止撞击时读写头将HDD资料刮坏。同样适用于音乐播放器、电话、PDA和其他便携式电子设备,包含下降记录侦测与3轴向检测功能。
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