Cảm biến accelerometer

Tài liệu Cảm biến accelerometer nhằm giúp cho các bạn biết được cảm biến accelerometer MMA7455L; phương pháp calibrate cho cảm biến accelerometer; cách xác định góc nghiêng Tilt bằng giá trị gia tốc trên 1 trục; xác định góc nghiêng tilt bằng giá trị gia tốc 2 hay 3 trục; lập trình truyền thông SPI với MMA7455L.

Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Cảm biến accelerometerMMA7455LACCELEROMETER01.2010_REV_01 3.1 Cảm biến accelerometer 3.1.1 Cảm biến accelerometer MMA7455L: Giới thiệu: MMA7455 là cảm biến đo gia tốc 3 trục X, Y, Z, là sản phẩm của hãng Freescale, ngõ ra Digital, công suất thấp, có những đặc trưng cơ bản sau: - Ngõ ra Digital (I2C/SPI) – 10-bit ở Mode 8g (g là gia tốc trọng trường) - Kích thước: 3mm x 5mm x 1mm, đóng gói 14 chân LGA - Dòng tiêu thụ thấp 400µA - Chức năng Self Test trục Z - Điện áp vận hành thấp 2.4V – 3.6V - Sử dụng các thanh ghi User Assigned để chỉnh Offset - Lập trình giá trị ngưỡng cho phép ngắt - Phát hiện chuyển động: Shock, dao động, rơi. - Phát hiện xung: xung đơn và xung kép - Độ nhạy: 64 LSB/g @ 2g và @ 8g ở 10-Bit Mode - Có thể chọn tầm đo (±2g, ±4g, ±8g) - Chịu shock tới 10000g Hình 3.1.1: Hình dạng MMA7455 Page 1MMA7455LACCELEROMETER01.2010_REV_01 Ứng dụng phổ biến: - Cell Phone/PMP/PDA: Image Stability, Text Scroll, Motion Dialing, E-Compass, Tap to Mute - HDD: phát hiện trạng thái rơi tự do (Freefall Detection) - Laptop PC: phát hiện rơi hay bị lấy cắp (Freefall Detection, Anti-Theft) - Bổ chính độ nghiêng cho la bàn điện tử (E-Compass Tilt Compensation) - 3D Gaming: Cảm biến đo độ nghiêng và chuyển động (Tilt and Motion Sensing), Ghi sự kiện (Event Recorder) Mô tả các chân: #1: DVdd_IO, cấp nguồn digital cho các chân I/O. #2: GND, nối ground. #3: NC, không dùng, để hở hoặc nối đất. #4:IADDR0, Bit 0 của địa chỉ I2C. #5: GND, nối đất. #6: AVdd, nguồn Analog. #7: CS, Chip Select, chọn kiểu truyền thông: mức 0 cho SPI, mức 1 cho I2C. #8: INT1/DRDY, ngắt 1 và báo Data Ready. #9: INT2, Ngắt 2. #10: NC, không dùng, để hở hoặc nối đất. #11: Reserved, dự trữ, nối đất. #12: SDO, dữ liệu ra trong truyền thông nối tiếp kiểu SPI. #13: SDA/SDI/SDO, dữ liệu truyền thông nối tiếp kiểu I2C (SDA) / dữ liệu vào của truyền thông SPI (SDI) / dữ liệu ra của truyền thông nối tiếp kiểu 3-wire. #14: SCL/SPC, xung clock của truyền thông nối tiếp I2C (SCL) hay SPI (SPC). Bảng 3.1.1: Mô tả chức năng các chân MMA7455 Page 2MMA7455LACCELEROMETER01.2010_REV_01 Sơ đồ khối: Hình 3.1.2: Sơ đồ khối dạng đơn giản của accelerometer Thông số hoạt động: Bảng 3.1.2: Các giá trị tối đa cho phép - Nguồn Analog: AVDD 2.4 V - 3.6 V (tiêu chuẩn 2.8V) - Nguồn digital: DVDD_IO 1.71 V – AVDD (tiêu chuẩn 1.8 V) - Dòng tiêu thụ: IDD khoảng 400μA, tối đa 490μA. Ở chế độ Stand by IDD khoảng 10μA. - Tầm đo gia tốc trên cả 3 trục X, Y, Z: có 3 mode 2, 4, 8 - Nhiệt độ làm việc: -40 – 80 °C - Điện áp ngõ vào mức cao: 0.7 x VDD, mức thấp: 0.35 x VDD Page 3MMA7455LACCELEROMETER01.2010_REV_01 Nguyên lý hoạt động: MMA7455 là một cảm biến vi cơ bề mặt (surface-micromachined integrated-circuit accelerometer) thuộc loại điện dung. Dưới tác dụng của gia tốc, khoảng cách giữa các vách ngăn thay đổi, sự thay đổi này dẫn đến sự thay đổi giá trị điện dung theo công thức quen thuộc: Với A là diện tích các miếng ngăn, là hằng số điện môi, D là khoảng cách giữa các tấm. Giá trị điện áp ngõ ra tỉ lệ với gia tốc đo được. Từ giá trị gia tốc, ta có thể tích phân đơn để có giá trị vận tốc hay tích phân 2 lớp để xác định vị trí của vật thể. Gia tốc tĩnh do lực hấp dẫn có thể được dùng để xác định góc và độ nghiêng. 3.1.2 Phương pháp calibrate cho cảm biến accelerometer: Điểm offset của accelerometer bị trôi do ảnh hưởng của nhiệt độ, sự lão hoá và các biến động trong môi trường làm việc. Sự trôi offset này ảnh hưởng lớn đến các ứng dụng, cụ thể nhất là trong xác định góc nghiêng (tilt), sai số do sai offset có thể lên tới 12º khi được đọc trên mặt phẳng nhẵn – điều này là không thể chấp nhận được. Do đó ta luôn phải tiến hành calibrate cho accelerometer trước khi đưa vào sử dụng, tức là tìm các giá trị hiệu chỉnh để tính toán được giá trị đo chính xác. Các giá trị cần xác định đó là giá trị 0g – zero g, và độ nhạy sensitivity thực tế. Các phương pháp xác định giá trị zero g được đề nghị như sau: 1. Manual 0g X, Y, Z Full Range Calibration: Quay accelerometer từ vị trí +1g tới -1g, ghi nhận giá ...