Руководство для начинающих по акселерометрам

Руководство для начинающих по акселерометрам

Что такое акселерометр?
Акселерометр - это электромеханическое устройство, которое будет измерять силы ускорения. Эти силы могут быть статическими, как постоянная сила тяжести, действующая на ваши ноги, или они могут быть динамическими - вызванными движением или вибрацией акселерометра.

Для чего нужны акселерометры?
Измеряя величину статического ускорения под действием силы тяжести, вы можете определить угол, на который устройство наклонено относительно земли. Определяя величину динамического ускорения, вы можете анализировать движение устройства. Сначала измерение наклона и ускорения не кажется таким уж захватывающим. Однако инженеры придумали много способов сделать из них действительно полезные продукты.
Акселерометр может помочь вашему проекту лучше понять его окружение. Это вождение в гору? Это упадет, когда он сделает еще один шаг? Он летит горизонтально или пикирует вашего профессора? Хороший программист может написать код, чтобы ответить на все эти вопросы, используя данные, предоставленные акселерометром. Акселерометр может помочь проанализировать проблемы в двигателе автомобиля с помощью вибрационных испытаний, или вы даже можете использовать его для музыкальный инструмент ,
В компьютерном мире IBM и Apple недавно начали использовать акселерометры в своих ноутбуках для защиты жестких дисков от повреждений. Если вы случайно уроните ноутбук, акселерометр обнаружит внезапное падение и отключит жесткий диск, чтобы головки не разбились о пластины. Аналогичным образом, акселерометры высокой g являются стандартным для отрасли способом обнаружения автомобильных аварий и развертывания подушек безопасности в нужное время.

Как работают акселерометры?
Есть много разных способов сделать акселерометр! Некоторые акселерометры используют пьезоэлектрический эффект - они содержат микроскопические кристаллические структуры, которые нагружаются ускоряющими силами, которые вызывают генерирование напряжения. Другой способ сделать это - ощутить изменения в емкости. Если у вас есть две микроструктуры рядом друг с другом, они имеют определенную емкость между ними. Если ускоряющая сила перемещает одну из структур, то емкость изменится. Добавьте схему для преобразования емкости в напряжение, и вы получите акселерометр. Есть еще больше методов, включая использование пьезорезистивного эффекта, пузырьков горячего воздуха и света.

Что нужно учитывать при покупке акселерометра?
Аналоговый или цифровой. Прежде всего, вы должны выбрать акселерометр с аналоговыми выходами или цифровыми выходами. Это будет зависеть от оборудования, с которым вы подключаете акселерометр. Акселерометры аналогового типа выдают непрерывное напряжение, пропорциональное ускорению. Например, 2,5 В для 0 г, 2,6 В для 0,5 г, 2,7 В для 1 г. Цифровые акселерометры обычно используют широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) для своего выхода. Это означает, что будет прямоугольная волна определенной частоты, и количество времени, в течение которого напряжение высокое, будет пропорционально величине ускорения.
Если вы используете BASIC Stamp или любой другой микроконтроллер с чисто цифровыми входами, вам, скорее всего, понадобится акселерометр с цифровым выходом. Недостатком здесь является то, что он требует использования временных ресурсов микроконтроллера для измерения коэффициента заполнения, а также выполнения операции деления, требующей большого объема вычислений.
Если вы используете PIC / AVR / OOPIC / Javelin с аналоговыми входами или полностью аналоговую схему, аналоговый почти всегда лучший путь. В зависимости от компилятора, измерение аналогового ускорения может быть простым: ускорение = read_adc (); и может быть сделано за несколько микросекунд.
Количество осей - для большинства проектов достаточно двух. Однако, если вы хотите попробовать 3D-позиционирование, вам понадобится 3-осевой акселерометр или два 2-осевых, установленных под прямым углом.
Максимальный размах - если вам нужно только измерять наклон с помощью гравитации Земли, акселерометра ± 1,5 г будет более чем достаточно. Если вы собираетесь использовать акселерометр для измерения движения автомобиля, самолета или робота, ± 2g даст вам достаточный запас для работы. Для проекта, который испытывает очень внезапные запуски или остановки, вам понадобится проект, который может обрабатывать ± 5 г или более.
Чувствительность - вообще говоря, чем больше чувствительность, тем лучше. Это означает, что для данного изменения ускорения будет большее изменение сигнала. Поскольку большие изменения сигнала легче измерить, вы получите более точные показания.
Пропускная способность. Это означает, сколько раз в секунду вы можете получить достоверное ускорение. Для приложений с медленным движением наклона, вероятно, будет достаточно полосы пропускания 50 Гц. Если вы собираетесь измерять вибрацию или управлять быстро движущейся машиной, вам потребуется полоса пропускания в несколько сотен Гц.
Проблемы с импедансом / буферизацией. Это, безусловно, самый распространенный источник проблем в проектах с аналоговыми акселерометрами, потому что очень немногие люди тщательно читают необходимую документацию. Таблицы PIC и AVR указывают, что для правильной работы преобразования AD подключенное устройство должно иметь выходное сопротивление менее 10 кОм. К сожалению, аналоговые акселерометры Analog Devices имеют выходное сопротивление 32 кОм. Решением этой проблемы является использование операционного усилителя с низким входным смещением от шины к шине в качестве буфера для снижения выходного сопротивления. Насколько мы знаем, DE-ACCM это единственное решение для акселерометра, которое решает эту проблему для вас.

Где я могу найти больше информации об акселерометрах?
Texas Instruments имеет отличный руководство по акселерометру В том числе, как сделать некоторые необходимые математики.
DE-ACCM Таблица данных содержит несколько примеров того, как вы можете использовать показания акселерометра для определения значений наклона и ускорения.
Если вы действительно хотите попасть в хардкор детали низкого уровня из акселерометров, и хочу попробовать пайки поверхностного монтажа пакетов, Аналоговые устройства имеет огромный выбор спецификаций, охватывающих как аналоговые, так и цифровые устройства типа ШИМ.

Похожие