基于三轴加速度计的评估板的设计演示

加速度计是任何需要响应运动或设备方向的便携式或非固定式设备的关键部件 - 不仅仅是游戏控制器和手机，还包括工业机器人和过程控制机械。仅从其数据表中选择加速度计是不够的;你需要在实践中评估它的表现。本文将介绍飞思卡尔和德州仪器公司的两款基于三轴加速度计的评估板，它们展示了加速度计的实用性。

飞思卡尔ZSTAR3多无线三轴参考设计演示

飞思卡尔将其ZSTAR3参考设计作为演示，但凭借更好的天线，一个有进取心的OEM可以收缩包装板并拥有非常畅销的产品。

该套件（见图1）由USB记忆棒和配备超低功耗MMA7660FC三轴MEMS加速度计的小型无线传感器板组成。使用2.4GHzZigBee®接口，基于PC的接入点可与多达16个无线传感器板通信，跟踪方向以及沿三个轴的移动。除加速度计外，传感器板还采用MC13213芯片，该芯片结合了SO8 MCU和ZigBee收发器。 USB节点将MC13191收发器与MC68HC908JW32 USB 2.0全速8位MCU配对。

图1：飞思卡尔ZSTAR3传感器板和接入点（飞思卡尔半导体提供）。

MMA7660FC是一款±1.5 g三轴加速度计，通过I2C接口提供数字输出。 3 mm x 3 mm MMA7660FC专为低功耗运行而设计，在工作模式下，1 ODR时为47μA，待机模式下为2μA，关闭时为0.4μA。此外，MMA7660FC还具有自动唤醒/休眠功能，可进一步节省电量。采样率可以在每秒1到120个样本之间变化，因此您可以根据应用要求对功率灵敏度进行通常的权衡。

该套件附带的GUI包含许多突出系统功能的应用程序：

Scope演示应用程序提供类似示波器的传感器数据显示，可以生成，过滤或转换为g值。您可以选择传感器的g范围以及采样率（30/60/120 Hz）。

获取数据演示应用程序获取所有传感器数据，您可以选择传感器，数据速率和输出格式。数据可以保存到CSV文件中，但直接保存到Excel会产生一些格式良好的输出（参见图2），这样可以轻松生成图形以帮助分析结果。

图2：ZSTAR3获取数据演示输出（由Freescale Semiconductor提供）。

有六种不同的倾斜应用程序，包括XYZ倾斜（参见图3），过滤倾斜，双轴倾斜，纵向/横向和PDA滚动。

图3：XYZ倾斜演示（飞思卡尔半导体提供）。

有两种运动应用，包括防盗和电池保护。将传感器板放在笔记本电脑上，GUI会在屏幕上闪烁灯光，如果有人试图移动它，则会发出警报。至于节电器演示，飞思卡尔表示它“显示了如何在某些特定应用中使用加速度计来节省电池。”

我原本认为自由落体应用会在传感器板上对我尖叫自由落体，但是一旦它撞到桌子上就这样做了。我认为在笔记本电脑上市之前它会把头放在笔记本电脑的硬盘上。

有三种电击应用：运输和处理，阈值检测和电击检测。运输和处理演示记录沿X，Y和Z轴的冲击幅度和时间，这可以帮助确定运输货物的损坏方式和时间。

还有更多的演示应用程序这里有太多细节 - 用于检测用户何时敲击，摇动或旋转手机的演示;检测g脉冲;读寄存器;并管理权力。

在推出ZSTAR3套件的过程中，我唯一的狡辩是缺乏天线灵敏度。我们最近尝试使用该套件作为我女儿的四年级科学博览会项目的一部分，试图确定猫的睡眠量（据报道每天16-20小时）。为了科学的利益，我们在一个药瓶盖上安装了一个ZSTAR3加速度计板，并将其挂在我们的小猫的衣领上;这个想法是，任何缺乏动作15分钟或更长时间都意味着奥斯卡睡着了，反之亦然。一切都运转良好，直到奥斯卡距离接入点约15英尺。面对加密狗连接的笔记本电脑，如果相当弱-65 dBm，信号电平是可以接受的;当他转向90度时，信号在我们失去联系之前下降到-80 dBm，在最好的情况下我们做了20英尺。

飞思卡尔非常有帮助的应用程序工程师指出，虽然印刷电路天线不是很有效，但它们确实具有便宜的优点，并且它们可以很好地用于演示目的 - 所有这些都是正确的。尽管如此，如果飞思卡尔用可以显示一些增益的表面贴装替换他们的PC天线，这个演示系统可能突然成为适用于广泛的消费，商业和工业应用的现成解决方案。

德州仪器（TI）eZ430-chronos开发工具

TI的eZ430-Chronos™开发工具（见图4）是一款功能齐全的无线开发系统，用于远程数据采集，巧妙地伪装成运动手表。

图4：TI的eZ430-Chronos开发工具（德州仪器公司提供）。

eZ430-Chronos系统基于CC430F6137 sub-GHz RF SoC，具有96段LCD显示屏，压力和高度传感器，温度传感器，电池电压传感器和三轴加速度计。与飞思卡尔套件一样，Chronos系统包括一个无线传感器节点 - 在这种情况下采用TI的低功耗SimpliciTI™无线协议 - 以及一个基于USB的CC1111无线接口连接到PC。

Chronos™系统基于TI的CC430 MCU，它结合了20 MHz MSP430™MCU;低功耗CC1101 sub-GHz RF收发器;以及许多智能外设，包括100 nA比较器，8通道12位ADC，96段LCD控制器和128位AES安全加密/解密协处理器。为了帮助您快速入门，该套件包括免费版本的TI Code Composer Studio™和适用于MSP430的IAR嵌入式Workbench®;适用于SimpliciTI，BM Innovations的BlueRobin™，W-MBUS和6LoPAN的RF堆栈;以及评论很多的ANSII C代码中的一些生产就绪的开源项目。

CC430F613x（见图5）将低功耗MSP430 MCU与CC430 RF内核相结合。在工作模式下，芯片在300 MHz至348 MHz范围内工作时消耗160μA/MHz;待机模式（LPM3 RTC模式）从389 MHz到464 MHz和779 MHz为2.0μA;关闭模式（LPM4 RAM保持）在928 MHz时为1.0μA。利用RX中的无线电，当以915 MHz工作时，它以250 kbps的数据速率吸收15 mA。

图5：TI CC430F613x功能框图（德州仪器公司提供）。

运动传感由具有数字SPI和I2C接口的TI CMA3000-D01三轴超低功耗加速度计处理。该器件具有用户可选的±2 g和±8 g测量范围以及采样率和频率响应。功耗为≤70μA，采样率为100/400 Hz，采样率为40/10 Hz时≤11μA。

TI选择SimpliciTI而不是开源协议可能看起来很特殊，但有一个例子。堆栈非常小，适合《8 K的闪存和《1 K的RAM;它是为这种应用程序定制设计的，它是免版税的。 SimpliciTI在简单的星形网络中工作，同时仍然支持点对点通信。使用中继器可以轻松扩展网络，中继器是通过使用TI提供的固件重新刷新USB硬件锁而创建的。一旦新节点通电，它们就会快速枚举并弹出网络。 SimpliciTI使用了一个非常基本的核心API，所有这些都在随附的手册和代码中进行了解释。 SimpliciTI支持睡眠设备，这一功能可显着提高传感器节点的电池寿命。

Chronos附带两个应用程序：一个允许试验手表功能的控制中心和一个数据记录程序。控制中心程序（见图6）实时显示加速度计数据;允许无线配置和设置手表;并允许模拟与心率胸带的连接。如果您有实际的胸带 - 可以购买 - 该程序使用BlueRobin协议跟踪心率，但CC430不能同时处理两个协议。

图6：eZ430-Chronos控制中心程序（德州仪器公司提供）。

另一个提供的程序是数据记录器，可捕获温度，海拔高度和电池电压数据。必须重新制作Chronos芯片，将其从手表转换为数据记录程序;然后，基于PC的GUI可用于收集和保存选择用于以后分析的数据。但是，GUI会记录加速计数据以外的所有内容。 GUI DLL的源代码随套件一起提供，如果您花时间，您可以根据需要重新编程GUI和数据记录器。

TI提供无线更新功能，因此可将程序下载到Chronos手表中。软件更新和大多数更改可以通过控制程序无线完成，非常方便。但是，要彻底更改固件 - 例如将手表更改为数据记录器 - 您需要打开手表，取出模块，然后将其连接到编程板。

Chronos套件附带的GUI没有附带飞思卡尔套件等全套演示应用程序，但它提供了许多可以自行编译和运行的示例项目的代码。为此，您需要使用Code Composer Studio v4.2核心版或IAR Embedded Workbench KickStart 5.10（或更高版本）。两者都有免费版本，可以让您生成小程序，但如果您想要做更多的事情，许可证费用就会开始。套件中有一些程序需要随工具包提供的IAR工具。所有示例程序都包含CCS和IAR项目文件，并在第一次编译和运行时顺利运行。