加速度傳感器工作原理及應(yīng)用

可穿戴設(shè)備當(dāng)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(jìn)行檢測。其自身的物理實(shí)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)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(shí)際數(shù)值是15位。以（+-）2g量程來算，精度為2g/2^15= 2000mg/32768 =0.061mg。

當(dāng)以上圖所示的靜止?fàn)顟B(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(jī)屏幕翻轉(zhuǎn)），那總會有一個軸會檢測出1g，其他軸為0，在實(shí)際的測值中，可能并不是0，而是有細(xì)微數(shù)值。

在運(yùn)動過程中，x，y，z軸都會發(fā)生變化。計步運(yùn)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。“腳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(dāng)腳達(dá)到最高位置時，垂直方向加速度達(dá)到最大；然后腳向下運(yùn)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。”

二、加速度傳感器應(yīng)用