加速度传感器论文速度传感器论文.doc

加速度传感器论文速度传感器论文
基于MEMS加速度传感器的孕妇姿势报警仪的设计
要摘为预防孕妇长时间站立或坐着等不规范的姿势对胎儿产生不良影响,充分利用加速度传感器和Zigbee技术,设计一种基于单片机的报警系统,详细地介绍系统的软硬件设计及其实现的功能。此设计的系统有效地解决了孕妇因为长时间站立或是坐着对胎儿以及对孕妇产生的不良影响,大大降低早产的发生概率。
关键词 MXC6202xG/H/M/N;Zigbee通信模块;孕妇 1
根据《美国产科学和妇科学杂志》的一项调查显示,那些长期站立或者坐着的孕妇,有较大可能发生早产或分娩不足磅重的婴儿。长期站立或压迫双腿易造成腿部静脉充血,使血液回流困难,这样的话流到子宫的血液就会减少,从而导致以上病例发生。本文用MEMS微型加速度系统实现一种测量孕妇的运动状态的装置,利用加速度计,系统在动作初期抓取动作信息,通过Zigbee通信模块及相应的接口电路将信号传递给单片机,然后进行信息的处理,算出相对加速度以及倾角,如果超过限度,则驱动振动器振动从而达到提醒孕妇的目的。
1 数据采集模块
本设计采用MXC6202xG/H/M/N系列加速度传感器实现数据的采集,它是低成本、低功耗双轴的带有I2C接口的加速度传感器。该系列加速度传感器将传感器系统及相关信号调理电路和I2C总线结构集成在单片集成电路上,可以直接连接到一个单片机等处理器上,消除了A/D转换和定时占有的资源。具有结构简单、动态响应好、能实现无接触式测量、灵敏度好、分辨率强等优点。加速度的传感器主要需要用来测量加速度和倾角,加速度的测量用于判断孕妇是站立还是坐着的状态,倾角的测量用于判断孕妇的身体弯曲程度。将加速度计1和加速度计2分别戴孕妇的肩上和腿上,判定姿势的原理如下:孕妇坐下的一瞬间,肩上的加速度计1测得竖直向下的加速度,腿上的加速度计2测得的值为零,算出竖直方向的相对加速度,可以判定出孕妇是坐下了,然后定时器开始计时,超过额定的时间则发出驱动信号驱动振动模块产生振动。同理,如果孕妇站起来的一瞬间,肩上的加速度计测到的加速度竖直向上,可以判定孕妇站起来了。如果水平方向上相对加速度为零,竖直方向上,腿在抬起的过程中腿上的加速度计有向上的加速度,通过此可知道孕妇在走动。从而通过不同的加速度,我们可以判定出孕妇的不同的姿势。
倾角的测量原理如下:根据经典力学可以知道,当对象与基准平面有一个角度的夹角时。其运动方向的加速度与重力加速度的比值和没有夹角时其加速度与重力加速度的夹角∂是不同的。根据力的分解,重力加速度就会有分量作用在Ax方向,且Ax=gsin∂,于是倾斜角∂=sin-1(Ax/g)。
利用双轴的加速度传感器,其两个夹角之间相差90°,两个角分别为45°和135°角,当人静止在平面上时,加速度传感器的两个轴向测得加速度:Ax=Ay=。
图1 测量力学原理图
当人在行走时,加速度传感器的两个轴向就会测得两个大小相等,极性相反的加速度变化,而(Ax+Ay)保持不变,当人体倾斜时,倾斜角∂=cos-1[(AX+AY)/g]。但是在实际情况中,由于测量、安装等原因,几乎不可能做到加速度传感器与人的径向正好成45°。所以需要在系统初始化时,首先测量出加速度传感器与人的径向的夹角β,可根据公式β=arc