基于MMA7361的三軸加速度計(jì)設(shè)計(jì)

劉鑫源 呂興東 李冰潔 華玉川

摘要：本文基于MMA7361實(shí)現(xiàn)了三軸加速度計(jì)的設(shè)計(jì)，單片機(jī)采集數(shù)據(jù)后，通過(guò)串口通信的方式將三軸加速度數(shù)據(jù)上傳給上位機(jī)，在上位機(jī)完成labview編程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)三軸加速度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)在線測(cè)量，數(shù)據(jù)方差值優(yōu)于0.03，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：MMA7361;三軸加速度計(jì);單片機(jī);labview

與直角坐標(biāo)軸結(jié)合的三軸加速度傳感器，可以實(shí)時(shí)顯示運(yùn)動(dòng)物體在X軸、Y軸及Z軸三個(gè)方向的加速度，以此為基礎(chǔ)對(duì)物體運(yùn)動(dòng)角度進(jìn)行記錄，在運(yùn)動(dòng)傳感技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用。

一、加速度傳感器基本原理

根據(jù)加速度傳感器將待測(cè)量物體的加速度轉(zhuǎn)化為傳感單元的電阻/電壓/電容的變化，通過(guò)轉(zhuǎn)換電路將傳感單元的變化數(shù)值轉(zhuǎn)化為電壓值后，進(jìn)行信號(hào)放大以及濾波處理，最后通過(guò)ADC轉(zhuǎn)換器（模數(shù)轉(zhuǎn)換器），轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

如圖1所示，MMA7361用半導(dǎo)體工藝（掩膜和蝕刻）將其建模為連接到可移動(dòng)中心質(zhì)量的一組梁，受到加速度的作用，可移動(dòng)梁可從其靜止位置偏轉(zhuǎn)，距離的變化是加速度的量度。然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行信號(hào)調(diào)理和濾波（開(kāi)關(guān)電容器），從而提供與加速度成比例的輸出電壓。

二、三軸加速度計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如圖2所示，三軸加速度計(jì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要包括三部分：分別為加速度信號(hào)采集部分、加速度信號(hào)處理部分及加速度信號(hào)分析結(jié)果及輸出部分。

將單片機(jī)與三軸加速度傳感器MMA7361及上位機(jī)進(jìn)行硬件連接。根據(jù)三軸加速度模塊MMA7361手冊(cè)，根據(jù)所選擇的量程等信息編輯相應(yīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理程序，完成系統(tǒng)的初始化。上位機(jī)通過(guò)Labview發(fā)送數(shù)據(jù)采集指令給單片機(jī)，單片機(jī)接收指令對(duì)三軸加速度傳感器MMA7361進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，單片機(jī)接收MMA7361的輸出的三個(gè)方向上的模擬電壓，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理的程序?qū)⑷齻€(gè)方向的模擬電壓量轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的三個(gè)方向上的加速度值，從而可以得到X軸、Y軸、Z軸三個(gè)方向的加速度值。Labview與單片機(jī)通過(guò)串口通信實(shí)時(shí)接收傳輸數(shù)據(jù)并顯示，從而將加速度傳感器MMA7361三個(gè)方向上的加速度實(shí)時(shí)反映在Labview可視化界面上。

三、三軸加速度計(jì)測(cè)試結(jié)果

首先將三軸加速度傳感器MMA7361的電源及接地端與單片機(jī)連接，再將三軸加速度傳感器MMA7361的三個(gè)輸出端口與單片機(jī)模擬量輸入端口進(jìn)行連接，通過(guò)USB將arduino與電腦連接。

如圖3所示，將數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)軟件后，將X軸、Y軸以及Z軸方向上的加速度值分別存儲(chǔ)，打開(kāi)對(duì)應(yīng)的X軸數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文檔，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理觀察數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程是否穩(wěn)定。根據(jù)方差公式對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到方差值為0.029，具有實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理等功能。

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基金項(xiàng)目：北京信息科技大學(xué)2021年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目資助。