基于三轴加速度传感器的倾角测量系统的设计
电赛论文最终.
帆板控制系统设计（F题）
摘要：本系统以单片机STC12C5A48S2为控制核心及数据处理核心,采用加速度传感器MMA7260作为角度检测的核心器件,设计并制作了一个帆板控制系统。以L293构成电机的电路，通过对风扇转角的控制，调节风力的大小，改变帆板的转角。可以通过键盘设置帆板转角0～60o，并在LCD上实时显示。使用了PID算法，使系统能快速达到稳定。由于采用了低功耗单片机，并且使用了一些高性价比、低功耗的器件去设计电路，因此本放大器具有成本低，功耗小，性价比高的优点。
关键词：控制系统；角速度传感器；单片机；PID； 一、方案比较与选择
题目分析：综合分析题目要求，转动帆板时，实现实时显示角度，且能够通过键盘控制风力，是本题的最大难点，也是设计的重点之一。另一难点是使帆板转角达到60o。要得到更好的性能指标，放大电路的零点漂移也是一个很难解决的问题。此外，在整个电路的设计中，要考虑其成本。
1、数据处理和控制核心选择
方案一：采用DSP最小系统板。即由DSP来实现电机的控制、传感器信号采集和人机界面控制等功能。
方案二：采用单片机STC12C5A48S2最小系统板。即由单片机STC12C5A48S2实现整个系统的统一控制和数据处理。
本系统不涉及大量的数据存储和复杂处理，虽然方案一控制更灵活更方便，但DSP的资源得不到充分利用，且系统规模大，成本高。而单片机STC12C5A48S2是一种8位低功耗微、高性能处理器，具有丰富的片上外设和较强的运算能力，且可串口编程，使用十分方便，性价比高。
综上所述，故采用方案二。
2、角度传感器的比较与选择
方案一：角度传感器KMZ41与信号调理芯片UZZ9001组成的角度采集模块。KMZ41与信号调理芯片UZZ9001一起,能够对180°范围内的角度信号进行测量,并利用SPI方式提供11位的角度信号输出。调试繁琐，且电路稳定性差。
方案二：采用MMA7260三轴加速度传感器。这个三轴加速度计用的是Freescale（飞思卡尔）公司生产性价比高微型电容式加速度传感器MMA7260芯片。用三轴加速度计利用重力分量换算原理，来测量角度与其他数字量倾角传感器相比自然要精准许多，因为模拟量的，可将电压值换算对应倾斜角度值，所以在许多需要测量角度的场合，非运动的条件下，不妨可以试试使用加速度计。
基于加速度计的数字倾角仪误差建模与分析
第２６卷第８期 ２０１３年８月 传感技术学报
ＣＨＩＮＥＳＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＥＮＳＯＲＳ ＡＮＤ ＡＣＴＵＡｑ’ＯＲＳ Ｖ０１．２６ Ｎｏ．８ Ａｕｇ．２０１３
Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ Ｉｎｃｌｉｎｏｍｅｔｅｒ’Ｓ Ｅｒｒｏｒ
ＢＡＩ Ｚｈｕｑｕａｎ ，ＺＨＡＮＧ Ｘｉａｏｍｉｎｇ ’ ， Ｊｕｎ ，ＷＡＮＧ Ｙｕ ，ＺＨＡＯ Ｘｉｎｌｕ
（１．Ｎｏｒｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｓｔ ａｎｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００５ １，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｋｅｙ ＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄＤｙｎａｍｉｃＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ（Ｎｏｒｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＣｈｉｎａ），Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００５１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｃｌｉｎｏｍｅｔｅｒｓ，ｉｔｓ ａｃｃｕｒａｃｙ ｉｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｅｒｒｏｒ ｏｆ ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ．Ｔｏ
ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｃｌｉｎｏｍｅｔｅｒ，ｔｈｅ ｅｒｒｏｒ ｏｆ ｓｅｎｓｏｒｓ ｉｔｓｅｌｆ ｉｓ ｍｏｄｅｌｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ ｉｎｃｌｉｎｏｍｅｔｅｒ，ｔｈｅ ｅｒｒｏｒ ｓｏｕｒｃｅ ｉｓ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅ ｅｒｒｏｒ ｏｆ ｓｅｎｓｏｒｓ．Ｔｈｅｎ，ｍｅａｓｕｒｅ ｅｒｒｏｒ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃ ｍｏｄｅｌｓ ａｒｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌｓ ａｒｅ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｂｙ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅ ｍｏｄｅｌｓ
倾角传感器z轴数据计算
倾角传感器z轴数据计算
倾角传感器是一种测量物体倾斜角度的传感器。它通常由三个轴组成，分别是x轴、y轴和z轴。本文将重点讨论倾角传感器中的z轴数据计算。
我们需要了解什么是倾角。倾角是指物体相对于水平面或垂直面的倾斜程度。在三维空间中，倾角可以分为水平倾角和垂直倾角。水平倾角是物体相对于水平面的倾斜程度，而垂直倾角是物体相对于垂直面的倾斜程度。倾角传感器可以通过测量物体在x轴和y轴方向上的加速度来计算出水平倾角和垂直倾角。
在倾角传感器中，z轴通常与重力方向垂直。因此，z轴上的加速度可以用来计算出垂直倾角。假设z轴上的加速度为az，重力加速度为g，那么垂直倾角θ可以通过以下公式计算得出：
θ = arcsin(az / g)
其中，arcsin为反正弦函数，用来计算正弦值为az / g时的角度。这个公式基于以下原理：当物体处于平衡状态时，z轴上的加速度与重力加速度大小相等，因此az / g的值可以表示物体的倾斜程度。
在实际应用中，倾角传感器通常会输出倾角的数值，而不是加速度的数值。这是因为倾角传感器内部已经进行了数据转换和处理，将加速度转换为了倾角。因此，我们可以直接从传感器中读取z轴的倾角数据，而无需进行额外的计算。
倾角传感器的z轴数据计算可以应用于许多领域。例如，在建筑工程中，倾角传感器可以用来测量建筑物的倾斜程度，以确保建筑物的稳定性。在航空航天领域，倾角传感器可以用来测量飞机或火箭的倾斜角度，以确保飞行的平稳和安全。在机器人技术中，倾角传感器可以用来帮助机器人保持平衡，避免倾倒。
总结起来，倾角传感器的z轴数据计算是通过测量物体在z轴方向上的加速度来计算垂直倾角的。倾角传感器可以广泛应用于各个领域，用来测量物体的倾斜角度。通过倾角传感器，我们可以更好地了解和控制物体的倾斜状态，从而提高安全性和稳定性。
基于MEMS加速度传感器的倾角仪设计方法
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２００６年ｌ２月 增刊
基于ＭＥＭＳ加速度传感器的倾角仪设计方法’ 苏君“，王占平 （电子科技大学成都６１００５４） 摘要：提出了一种基于ＭＥＭＳ加速度传感器的高精度倾角测量方法，其基本思想是只需对 低灵敏度加速度传感器的输出信号进行Ａ／Ｄ采样，获得相应的数字信号，再用单片机处理该数 字信号，就可实现对待测系统的仰角和倾角的高精度测量。该方法可实现（±１８０。范围内的倾角 值测量，且当待测系统旋转时也可进行实时测量，故可用于飞机、导弹等飞行器的实时姿态测 量。 关键词：ＭＥＭＳ加速度传感器；倾角仪；重力加速度；飞行器；姿态测量 中图分类号：ＴＰ２１２・ｌ。ＴＨ８２４文献标识码：Ｂ文章编号：１６７２－４ｓ５ｏ（２ｏｏ６）ｏ７－０１１２—０４
Ｄｅｓｉｇｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｔｉｌｔｍｅｔｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＭＥＭＳ Ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ ＳＵ Ｊｕｎ，ＷＡＮＧ Ｚｈａｎ－ｐｉｎｇ （Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００５４）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ａ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｔｉｌｔｍｅｔｅｒ ｗｉｔｈ ＭＥＭＳ ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ．Ｔｈｅ ｏｕｔ－ ｐｕｔ ｓｉｇｎａｌ ｏｆ ＭＥＭＳ ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ ｉｓ ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ Ａ／Ｄ ｓａｍｐｌｉｎｇ．Ｔｈｅｎ ＭＣＵ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｐｒｏｃｅｓｓ ｔｈｅ ｄｉ￣ｔＭ ｓｉｇｎａ１．Ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔｌｙ，ｔｈｅ ｏｂｌｉｑｕｉｔｙ Ｃａｎ ｂｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ．Ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ Ｃａｎ ｔｈｅ ｇｅｔ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｏｂｌｉｑｕｉｔｙ ｗｉｔｈｉｎ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ±１８０。．Ｉｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃｉｒｃｕｍｖｏｌｖｅｓ。ｔｈｅ ｔｉｌｔｍｅｔｅｒ ｃａｌｌ ａｌｓｏ ｇｅｔ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｔｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｏｂｌｉｑｕｉｔｙ．Ｓｏ ｉｔ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｔｈｅ ｐｏｓｅ ｏｆ ａｉｒｐｌａｎｅ ｍｉｓｓｉｌｅ ａｎｄ ａｎｙ ｏｔｈｅｒ ａｅｒｏ－ ｃｒａｆｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＭＥＭＳ ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ；ｔｉｌｔｍｅｔｅｒ；ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｇｒａｖｉｔｙ；ａｅｒｏｃｒａｆｔ；ｍｅａｓｕｒｅ ｐｏｓｅ
基于加速度计的数字显示倾角测量仪
６４ 传感器与微系统（Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ） ２００８年第２７卷第ｌ期
。 设计与制造 ｃ （ （ （ Ｐ
基于加速度计的数字显示倾角测量仪
林小波，崔永俊，甄国涌，石云波，刘 俊
（中北大学电子科学与技术系电子测试技术国家重点实验室，山西太原０３００５１）
摘要：介绍了基于加速度计ＭＸＡ２０５０Ａ的数字显示倾角测量系统，简要介绍了系统的组成和工作原 理；阐述了ＭＸＡ２０５０Ａ的外围电路、运放电路、显示电路的组成和工作原理；介绍了对测得数据的处理方 法。 关键词：加速度计；倾角；数据处理 中图分类号：ＴＰ３３４．７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００－９７８７（２００８）０１－００６４－０３
Ｄｉｇｉｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ ｏｂｌｉｑｕｉｔｙ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ
ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ
ＬＩＮＧ Ｘｉａｏ－ｂｏ，ＣＵＩ Ｙｏｎｇ－ｊｕｎ，ＺＨＥＮ Ｇｕｏ－ｙｏｎｇ，ＳＨＩ Ｙｕｎ－ｂｏ，ＬＩＵ Ｊｕｎ （Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎｏｒｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００５１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｇｉｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ ｏｂｌｉｑｕｉｔｙ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ ＭＸＡ２０５０Ａ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｓｉｍｐｌｙ，ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ａｃｃｅｌｅｒｏｎｌｅｔｅｒ ＭＸＡ２０５０Ａ，ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ，ｄｉｓｐｌａｙ ｕｎｉｔ ａｒｅ ｅｘｐａｔｉａｔｅｄ，ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｔｈｅ ｄａｔａ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ；ｏｂｌｉｑｕｉｔｙ；ｄａｔａ—ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
基于三轴加速度计的腕式健康监测系统设计
基于三轴加速度计的腕式健康监测系统设计
花 鹏
（北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京１００１９１）
摘要：设计了一个腕式健康检测系统，以ＬＭ３Ｓ１８１ｌ微控制器为核心，采用了ＡＤＩ公司推出的ＡＤＸＬ３４５三轴加速度
计，给出了各模块的硬件接口电路以及软件实现方法，通过实际测试得到了人体运动时的加速度信息，为后续运动能量
消耗的研究打下了基础。
关键词：三轴加速度计；微控制器；健康监测
中图分类号：ＴＰ２１２．９ 文献标识码：Ａ
Ｗｒｉｓｔ Ｈｅａｌｔｈ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｔｈｒｅｅ－ａｘｉｓ Ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ
Ｈｕａ Ｐｅｎｇ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｈａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１９１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ ＬＭ３Ｓ１８１１ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅ，ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ—ａｘｉｓ ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ ＡＤＩ ＡＤＸＬ３４５，ａ ｗｒｉｓｔ ｈｅａｌｔｈ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ
ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｃｉｒｃｕｉｔｓ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｉｎｆｏｒｍａ—
ｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｖｅｍｅｎｔｓ ｉｓ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｅｓｔｓ，ｗｈｉｃｈ ｌａｙｓ ａ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｆｕｒｔｈｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｖｅｍｅｎｔ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｈｒｅｅ—ａｘｉｓ ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ；ｍｉｃｒ０ｃｏｎｔｒ０ｌ１ｅｒ；ｈｅａｌｔｈ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ
基于STC12C5410AD单片机的倾角监控系统设计
《工业控制计算机｝２０１０年第２３卷第１０期 ９７
基于ＳＴＣ １ ２Ｃ５４ １ ０ＡＤ单片机的倾角监控系统设计
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ａｎｇｌｅ Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＴＣ１ ２Ｃ５４１ ０ＡＤ
何小虎 李现明 （山东大学控制科学与工程学院，山东济南２６００６１）
摘 要
提出了基于ＳＴＣ１２单片机的倾角监控系统设计的一种新方法。该系统采用ＳＴＣ１２Ｃ５４１０ＡＤ单片机作为主控制器．运
用三轴加速传感器ＭＭＡ７２６０Ｑ进行倾角测量，采用ＤＳ１３０２时钟芯片为角度采集时间标签，配合键盘、人机接口，可以设 置角度报警值和实时显示当前角度数据，并实现声光报警。监控计算机通过ＶｉｓｕａＩ Ｂａｓｉｃ串口通信可实时采集当前角度数
值并存入后台Ａｃｃｅｓｓ数据库，同时可以控制本采集系统的测量参数，实现方便的角度监控。 关键词：ＳＴＣ１２，倾角测量，加速度传感器，Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａｎ ａｎｇｌｅ ｄａｔａ ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＴＣ１２Ｃ５４１０ＡＤ ａｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｒｅｅ—ａｘＩｅ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｓｅｎｓｏｒ ＭＭＡ７２６０ ｔｏｇｅｔｈｅｒ ｗｉｔｈ ＤＳ１３０２ ｗｈｉｃｈ ｓｅｒｖｅｒｓ ａｓ ｔｉｍｅ ｌａｂｅｌ ｆｏｒ ａｎｇｌｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆｆｅｒｓ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｓｕｃｈ ａｓ ａｌａｒｍｉｎｇ ｖａｌｕｅ ｓｅｔｔｉｎｇ，ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ａｎｇｌｅ ｄａｔａ ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ａｕ— ｄｉｂｌｅ ａｎｄ ｖｉｓｕａｌ ａｌａｒｍｉｎｇ．Ｔｈｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｃａｎ ｇｅｔ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ａｎｇｌｅ ｄａｔａ ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｅｒｉａｌ ｐｏｒｔ ｃ０ｒｒｅｓＤ０ｎｄｅｎｃｅ ｕｓｉｎｇ Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ ａｎｄ ｓｔｏｒｅ ｔｈｅｍ ｔｏ ｔｈｅ Ａｃｃｅｓｓ ｄａｔａｂａｓｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＳＴＣ１２ Ａｎｇｌｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｓｅｎｓｏｒ，Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ
基于ANN和单个三轴加速度传感器的汽车运动姿态测量
第２４卷第６期 ２０１ １年６月 传感技术学报 ＣｔｔＩＮＥＳＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＥＮＳＯＲＳ ＡＮＤ ＡＣＴ［～ｌ、ＯＲＳ Ｖｏ１．２４ Ｎｏ．６ Ｊｕｎｅ ２０１１ Ａ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ａｔｔｉｔｕｄｅ Ｂａｓｅｄ Ｏｉｌ Ｓｉｎｇｌｅ Ｔｒｉ－Ａｘｉａｌ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ＆ＡＮＮ ｆ／Ｕ Ｌｉｍｉｎｇ ，ＺＨＡＮＧ Ｌｉｋａｉ，ＬＩ Ｙｉｆａｎ ｌ ｌ｛ｕ｛ｌｖ Ｉｎｆｉ￣ｒｍａｌｉｏＩ１ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｇｕａｎｇ Ｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔ）ｏｆＴ ｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇ Ｚｈｏｕ ５１０００６，Ｃｈｉｎａ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＡＮＮ（Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｎｅｕｒａｌ Ｎｅｔ），ｄｙｎａｍｉｃ ｖｃｈｉｃｌｅ ａｔｔｉｔｕｄｅ，ｔｒｉ—ａｘｉａｌ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ＥＥＡＣＣ：７２２０；８５２０Ｂ；１１６０：１２９５ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４—１６９９．２０１１．０６． 基于ＡＮＮ和单个三轴加速度传感器的汽车运动姿态测量 吴黎明 ，张力锴，李怡凡 （广东１ 、 大学信息丁 学院，Ｊ 州５１０００６） 摘 要：汽车车身姿念测 一直是汽车技术的关键一环提¨ｊ了一种无陀螺实时 身姿态测量方案，利Ｈｊ单个二轴加速度 传感器通过ＢＰ人Ｔ伸经刚络（ＡＮＮ）映射ｍ实时车身姿态。办案巧妙地根据汽车行驶的特件作 物 模型以及算法的精简， 利用神经网络的非线性函数学习和泛化推理能力，刈输入的■轴加速度值进行惯性有害分最滤除和系统误差补偿然后映射 输出姿态角。最后给…了实测实验数掂，表明系统满足精度和实１１ 件要求。设计利用神经网络高度行行处理的特性以及对 小确定问题的解决能力实现用最小的硬件歼销取得良好的实时姿态检测效果： 关键词：神经网络，运动姿态，ｉ轴加速度 中图分类号：ＴＭ９３；ＴＰ３；ＴＮ３；ＴＮ４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４—１６９９（２０１１）０６－０９２３－０５ 随着现代汽车＿ｌ：业的发展，人们对汽车的驾驶 舒适性要求越来越高？ 驾驶舒适性与汽车底盘密 切相关。汽车底盘控制包括悬挂控制、转向控制、牵 引力控制 大部分。存高档轿车上，父于这三方面 的电子系统来越多。这些电子系统中的大部分，都 需要根据车身的位置及状态信息也就是车身姿态的 反馈，做出相应的动作 最初的车姿测量仅仪以路面作为参考系，通过 悬挂高度确定车姿，小能反应车身实际的姿态，对驾 驶舒适性帮助有限。目前，车姿的测量一般通过三 维陀螺仪表示 沱螺仪由于其测量过程中机械转 子容易漂移，系统累积误差难以消除¨Ｊ，往往需要 通过其他传感器不断作数值修正 。另外还有采 收稿日期：２０１０—０８—２３ 修改日期：２０１１一Ｏ１—０６ ，Ｌ｛＝ｊ六个或九个单轴线加速度传感器捷联解算出姿态 角的 ，同样地存在系统复杂，实时性差，成本高 等的缺点，因此应用也受到限制：可见车姿的实时 量度不单是关键的一环，而且一直是难点。文献 ［７］利用单个三轴加速度传感器配合后轮轮速编码 器解算出车身姿态信息，其测量原理主要基于二三轴 加速度对姿态角的映射关系。它首先根据轮速得到 轴运动ＪＪｕ速度（即加速或减速），然后通过左右轮 速差得到， 轴的运动加速度（即转向时的离心作 用），计算出合外力对水平加速度的有害分量并加 以消除，再映射出姿态角。此方案巧妙利用汽车行 驶特性对其进行物理建模，对车身姿态测量作出了 很大程度的精简，但存在ｚ轴加速运动即在颠簸路 删一 ＝萋 ～．一时睢砒叩 ＿墨． 善 姆 一 ～舢 ＿ ～一～一～一～＝一一一一一～～～一 ｍ“＝三 ｍ Ｎ ～一一一～一一～呲 ｍ 曙Ｐ． 一 ～ｇｎ一～ ～一… 小 ＿蚕小队ｐ一 ＿霎．ｍ 圳 ．Ⅲ ．㈨．堇ｍ ＿三 ｍ＝耄 妇一 一～一一～一．一一ｎ ｈ ， ¨ ｎ ＿霎 ～～ ～一一 一一～一～～一一．一～一一～一９２４ 第２４卷 面上行驶时没有作ｆＩ｛补偿进而无法准确测量的问 题，且要求物理模型非常精确而且需要大量运算，因 此实时性难以保证，硬件开销较大。 本文主要针埘文献［７—８］的上述问题，提出了 一种适用性更强，传感器配置更精简的车身姿态实 时测量方案。利用单个三轴加速度传感器通过ＦＰ— ＧＡ构建的ＢＰ神经网络 实时输出车身姿态。 １姿态角的计算 １．１坐标系与姿态角 设计涉及到两个坐标作参考系，分别是载体导 航坐标系ＯＸＹＺ和载体平台坐标系Ｏｘｙｚ，如图１所 示。其中导航坐标系是以地球惯性坐标系的ｚ轴 保持平行的，而原点则随汽车重心移动的坐标系；载 体平台坐标系则是同定于车身的坐标系，三轴向随 车身姿态变化而改变。我们所讲的车身姿态测量， 就是车身平台Ｏｘ）ｚ相对于导航坐标系ＯＸＹＺ的角 度偏移量的测量。姿态角包括三个：俯仰角 ——ｚ 轴与ＯＸＺ平面的夹角；倾斜角 一～ 轴与ＯＸＹ平 面的夹角；偏航角沙——ｙ轴与ＯＹＺ平面的夹角。 其中，俯仰角和倾斜角是影响乘客舒适性比较突出 的因素，本文主要针对这两个角度进行测量。
三轴加速度传感器应用详解
三轴加速度传感器应用详解
加速度传感器有两种：一种是角加速度传感器，是由陀螺仪改进过来的。另一种就是线加速度传感器。它也可以按测量轴分为单轴、双轴和三轴加速度传感器。
现在，加速度传感器广泛应用于游戏控制、手柄振动和摇晃、汽车制动启动检测、地震检测、工程测振、地质勘探、振动测试与分析以及安全保卫振动侦察等多种领域。下面就举例几种应用场景，更好的认识加速度传感器。
三轴加速度传感器的应用1、车身安全、控制及导航系统中的应用
加速度传感器已被广泛应用于汽车电子领域，主要集中在车身操控、安全系统和导航，典型的应用如汽车安全气囊（Airbag）、ABS防抱死刹车系统、电子稳定程序（ESP）、电控悬挂系统等。
目前车身安全越来越得到人们的重视，汽车中安全气囊的数量越来越多，相应对传感器的要求也越来越严格。整个气囊控制系统包括车身外的冲击传感器（Satellite Sensor）、安置于车门、车顶，和前后座等位置的加速度传感器（G-Sensor）、电子控制器，以及安全气囊等。电子控制器通常为16位或32位MCU，当车身受到撞击时，冲击传感器会在几微秒内将信号发送至该电子控制器。
随后电子控制器会立即根据碰撞的强度、乘客数量及座椅/安全带的位置等参数，配合分布在整个车厢的传感器传回的数据进行计算和做出相应评估，并在最短的时间内通过电爆驱动器（Squib Driver）启动安全气囊保证乘客的生命安全。
通常仅靠ABS和牵引控制系统无法满足车辆在弯曲路段上的行车安全要求。该场合下电子稳定性控制系统 （ESC） 就能够通过修正驾驶员操作中的转向不足或过度转向，来控制车辆使其不偏离道路。该系统通过使用一个陀螺仪来测量车辆的偏航角，同时用一个低重力加速度传感器来测量横向加速度。将所得测量数据与通过行驶速度和车轮倾斜角两项数据计算得到的结果进行比对，从而调整车辆转向以防止发生侧滑。
除了车身安全系统这类重要应用以外，目前加速度传感器在导航系统中的也在扮演重要角色。 其主要利于GPS卫星信号实现定位。而当进入卫星信号接收不良的区域或环境中，如遂道、高楼林立、丛林地带，就会因失去信号而丧失导航功能。基于MEMS技术的3轴加速度传感器配合陀螺仪或电子罗盘等元件一起可创建方位推算系统（DR， Dead
《传感器与检测技术》基于多传感器的老年人跌倒检测报警系统设计设计
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《传感器与检测技术》跌倒检测器
摘 要：随着人口老龄化进程的加快，老年人监护和医疗问题正成为一个重大的社会问题。老年人意外受伤害的首要原因就是跌倒，因此，研究助老产品——跌倒检测器，将大大改善老年人的健康品质，对构建和谐社会的意义重大。
本课题设计了一种基于多传感器的老年人跌倒检测报警系统，依托嵌入式单片机STM32F101R8T6，利用普通的加速度传感器，对人体的空间三个方向的加速度值进行采集，倾角传感器采集人体的前后和左右倾角值，并且脚底压力传感器感知脚部的压力值。
关键词：跌倒检测，多传感器，倾角传感器
1 前 言
1.1 课题背景
21世纪的来临，使全世界范围内人口老年化的进程加快，在这种全球趋势的情形下，中国也不例外，随着我国人口老年化进程的加剧，社会对这一群体的健康保障将承担越来越艰巨的责任。年龄的增长，身体解剖组织结构和生理代谢发生变化，由于自身疾病或者外界的影响，老年人常会发生意外跌倒，有时候甚至是健康的老年人也会发生，据国外研究机构统计，约有的超过65岁的老人平均每年发生一次跌倒，且随着年纪的增加，概率也增加，而本身身体有病痛或者伤害的老人，就更容易发生意外的跌倒。而跌倒次数巨大的背后，是由跌倒带来的辅助治疗所需消耗的高昂费用，以及照顾跌倒人群消耗的巨额社会资源，有研究表明，社会支付的医疗费用超过50万亿元，而付出的代价则为160-800万亿元人民币。
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然而，跌倒造成的伤害不仅体现在身体的即时受伤，还体现在未得到及时的帮助而造成的所有后续恶劣影响。所以，针对跌倒问题，除了做好事先防范工作之外，如安全教育等，还应该在发生跌倒时，最快的将受伤人员送往医院进行救治，所以发明一个能够实时监测到跌倒并通知医护人员救治的产品很重要。
1.2
国内外研究现状
目前对老年人跌倒检测技术相关研究主要的研究成果是利用加速度传感器检测装置,监测在跌倒事件发生时人体各方向加速度值，利用阈值检测或者模式识别的方法，对老年人的身体姿势状态进行实时检测，算法判断到处于跌倒状态后，再利用远程无线报警系统进行报警，通知护理人员进行救治，实现老年人的远程监护。