基于三軸加速度計的評估板的設(shè)計演示

加速度計是任何需要響應(yīng)運動或設(shè)備方向的便攜式或非固定式設(shè)備的關(guān)鍵部件 - 不僅僅是游戲控制器和手機，還包括工業(yè)機器人和過程控制機械。僅從其數(shù)據(jù)表中選擇加速度計是不夠的;你需要在實踐中評估它的表現(xiàn)。本文將介紹飛思卡爾和德州儀器公司的兩款基于三軸加速度計的評估板，它們展示了加速度計的實用性。

飛思卡爾ZSTAR3多無線三軸參考設(shè)計演示

飛思卡爾將其ZSTAR3參考設(shè)計作為演示，但憑借更好的天線，一個有進取心的OEM可以收縮包裝板并擁有非常暢銷的產(chǎn)品。

該套件（見圖1）由USB記憶棒和配備超低功耗MMA7660FC三軸MEMS加速度計的小型無線傳感器板組成。使用2.4GHzZigBee?接口，基于PC的接入點可與多達16個無線傳感器板通信，跟蹤方向以及沿三個軸的移動。除加速度計外，傳感器板還采用MC13213芯片，該芯片結(jié)合了SO8 MCU和ZigBee收發(fā)器。 USB節(jié)點將MC13191收發(fā)器與MC68HC908JW32 USB 2.0全速8位MCU配對。

圖1：飛思卡爾ZSTAR3傳感器板和接入點（飛思卡爾半導(dǎo)體提供）。

MMA7660FC是一款±1.5 g三軸加速度計，通過I2C接口提供數(shù)字輸出。 3 mm x 3 mm MMA7660FC專為低功耗運行而設(shè)計，在工作模式下，1 ODR時為47μA，待機模式下為2μA，關(guān)閉時為0.4μA。此外，MMA7660FC還具有自動喚醒/休眠功能，可進一步節(jié)省電量。采樣率可以在每秒1到120個樣本之間變化，因此您可以根據(jù)應(yīng)用要求對功率靈敏度進行通常的權(quán)衡。

該套件附帶的GUI包含許多突出系統(tǒng)功能的應(yīng)用程序：

Scope演示應(yīng)用程序提供類似示波器的傳感器數(shù)據(jù)顯示，可以生成，過濾或轉(zhuǎn)換為g值。您可以選擇傳感器的g范圍以及采樣率（30/60/120 Hz）。

獲取數(shù)據(jù)演示應(yīng)用程序獲取所有傳感器數(shù)據(jù)，您可以選擇傳感器，數(shù)據(jù)速率和輸出格式。數(shù)據(jù)可以保存到CSV文件中，但直接保存到Excel會產(chǎn)生一些格式良好的輸出（參見圖2），這樣可以輕松生成圖形以幫助分析結(jié)果。

圖2：ZSTAR3獲取數(shù)據(jù)演示輸出（由Freescale Semiconductor提供）。

有六種不同的傾斜應(yīng)用程序，包括XYZ傾斜（參見圖3），過濾傾斜，雙軸傾斜，縱向/橫向和PDA滾動。

圖3：XYZ傾斜演示（飛思卡爾半導(dǎo)體提供）。

有兩種運動應(yīng)用，包括防盜和電池保護。將傳感器板放在筆記本電腦上，GUI會在屏幕上閃爍燈光，如果有人試圖移動它，則會發(fā)出警報。至于節(jié)電器演示，飛思卡爾表示它“顯示了如何在某些特定應(yīng)用中使用加速度計來節(jié)省電池。”

我原本認為自由落體應(yīng)用會在傳感器板上對我尖叫自由落體，但是一旦它撞到桌子上就這樣做了。我認為在筆記本電腦上市之前它會把頭放在筆記本電腦的硬盤上。

有三種電擊應(yīng)用：運輸和處理，閾值檢測和電擊檢測。運輸和處理演示記錄沿X，Y和Z軸的沖擊幅度和時間，這可以幫助確定運輸貨物的損壞方式和時間。

還有更多的演示應(yīng)用程序這里有太多細節(jié) - 用于檢測用戶何時敲擊，搖動或旋轉(zhuǎn)手機的演示;檢測g脈沖;讀寄存器;并管理權(quán)力。

在推出ZSTAR3套件的過程中，我唯一的狡辯是缺乏天線靈敏度。我們最近嘗試使用該套件作為我女兒的四年級科學(xué)博覽會項目的一部分，試圖確定貓的睡眠量（據(jù)報道每天16-20小時）。為了科學(xué)的利益，我們在一個藥瓶蓋上安裝了一個ZSTAR3加速度計板，并將其掛在我們的小貓的衣領(lǐng)上;這個想法是，任何缺乏動作15分鐘或更長時間都意味著奧斯卡睡著了，反之亦然。一切都運轉(zhuǎn)良好，直到奧斯卡距離接入點約15英尺。面對加密狗連接的筆記本電腦，如果相當(dāng)弱-65 dBm，信號電平是可以接受的;當(dāng)他轉(zhuǎn)向90度時，信號在我們失去聯(lián)系之前下降到-80 dBm，在最好的情況下我們做了20英尺。

飛思卡爾非常有幫助的應(yīng)用程序工程師指出，雖然印刷電路天線不是很有效，但它們確實具有便宜的優(yōu)點，并且它們可以很好地用于演示目的 - 所有這些都是正確的。盡管如此，如果飛思卡爾用可以顯示一些增益的表面貼裝替換他們的PC天線，這個演示系統(tǒng)可能突然成為適用于廣泛的消費，商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用的現(xiàn)成解決方案。

德州儀器（TI）eZ430-chronos開發(fā)工具

TI的eZ430-Chronos?開發(fā)工具（見圖4）是一款功能齊全的無線開發(fā)系統(tǒng)，用于遠程數(shù)據(jù)采集，巧妙地偽裝成運動手表。

圖4：TI的eZ430-Chronos開發(fā)工具（德州儀器公司提供）。

eZ430-Chronos系統(tǒng)基于CC430F6137 sub-GHz RF SoC，具有96段LCD顯示屏，壓力和高度傳感器，溫度傳感器，電池電壓傳感器和三軸加速度計。與飛思卡爾套件一樣，Chronos系統(tǒng)包括一個無線傳感器節(jié)點 - 在這種情況下采用TI的低功耗SimpliciTI?無線協(xié)議 - 以及一個基于USB的CC1111無線接口連接到PC。

Chronos?系統(tǒng)基于TI的CC430 MCU，它結(jié)合了20 MHz MSP430?MCU;低功耗CC1101 sub-GHz RF收發(fā)器;以及許多智能外設(shè)，包括100 nA比較器，8通道12位ADC，96段LCD控制器和128位AES安全加密/解密協(xié)處理器。為了幫助您快速入門，該套件包括免費版本的TI Code Composer Studio?和適用于MSP430的IAR嵌入式Workbench?;適用于SimpliciTI，BM Innovations的BlueRobin?，W-MBUS和6LoPAN的RF堆棧;以及評論很多的ANSII C代碼中的一些生產(chǎn)就緒的開源項目。

CC430F613x（見圖5）將低功耗MSP430 MCU與CC430 RF內(nèi)核相結(jié)合。在工作模式下，芯片在300 MHz至348 MHz范圍內(nèi)工作時消耗160μA/MHz;待機模式（LPM3 RTC模式）從389 MHz到464 MHz和779 MHz為2.0μA;關(guān)閉模式（LPM4 RAM保持）在928 MHz時為1.0μA。利用RX中的無線電，當(dāng)以915 MHz工作時，它以250 kbps的數(shù)據(jù)速率吸收15 mA。

圖5：TI CC430F613x功能框圖（德州儀器公司提供）。

運動傳感由具有數(shù)字SPI和I2C接口的TI CMA3000-D01三軸超低功耗加速度計處理。該器件具有用戶可選的±2 g和±8 g測量范圍以及采樣率和頻率響應(yīng)。功耗為≤70μA，采樣率為100/400 Hz，采樣率為40/10 Hz時≤11μA。

TI選擇SimpliciTI而不是開源協(xié)議可能看起來很特殊，但有一個例子。堆棧非常小，適合《8 K的閃存和《1 K的RAM;它是為這種應(yīng)用程序定制設(shè)計的，它是免版稅的。 SimpliciTI在簡單的星形網(wǎng)絡(luò)中工作，同時仍然支持點對點通信。使用中繼器可以輕松擴展網(wǎng)絡(luò)，中繼器是通過使用TI提供的固件重新刷新USB硬件鎖而創(chuàng)建的。一旦新節(jié)點通電，它們就會快速枚舉并彈出網(wǎng)絡(luò)。 SimpliciTI使用了一個非常基本的核心API，所有這些都在隨附的手冊和代碼中進行了解釋。 SimpliciTI支持睡眠設(shè)備，這一功能可顯著提高傳感器節(jié)點的電池壽命。

Chronos附帶兩個應(yīng)用程序：一個允許試驗手表功能的控制中心和一個數(shù)據(jù)記錄程序。控制中心程序（見圖6）實時顯示加速度計數(shù)據(jù);允許無線配置和設(shè)置手表;并允許模擬與心率胸帶的連接。如果您有實際的胸帶 - 可以購買 - 該程序使用BlueRobin協(xié)議跟蹤心率，但CC430不能同時處理兩個協(xié)議。

圖6：eZ430-Chronos控制中心程序（德州儀器公司提供）。

另一個提供的程序是數(shù)據(jù)記錄器，可捕獲溫度，海拔高度和電池電壓數(shù)據(jù)。必須重新制作Chronos芯片，將其從手表轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)記錄程序;然后，基于PC的GUI可用于收集和保存選擇用于以后分析的數(shù)據(jù)。但是，GUI會記錄加速計數(shù)據(jù)以外的所有內(nèi)容。 GUI DLL的源代碼隨套件一起提供，如果您花時間，您可以根據(jù)需要重新編程GUI和數(shù)據(jù)記錄器。

TI提供無線更新功能，因此可將程序下載到Chronos手表中。軟件更新和大多數(shù)更改可以通過控制程序無線完成，非常方便。但是，要徹底更改固件 - 例如將手表更改為數(shù)據(jù)記錄器 - 您需要打開手表，取出模塊，然后將其連接到編程板。

Chronos套件附帶的GUI沒有附帶飛思卡爾套件等全套演示應(yīng)用程序，但它提供了許多可以自行編譯和運行的示例項目的代碼。為此，您需要使用Code Composer Studio v4.2核心版或IAR Embedded Workbench KickStart 5.10（或更高版本）。兩者都有免費版本，可以讓您生成小程序，但如果您想要做更多的事情，許可證費用就會開始。套件中有一些程序需要隨工具包提供的IAR工具。所有示例程序都包含CCS和IAR項目文件，并在第一次編譯和運行時順利運行。