在您用微控制器创立著作的时分,是不是常常遇到期望著作依据“运动”而履行相应动作的状况?例如,当摇摆它时色彩会发生改动,当歪斜它时会发出声音……在这种状况下,一般可以运用所谓的“加速度
那么,加速度传感器可以丈量的“加速度”到底是什么样的物理量呢?或许许多人会理解为“运动”或“冲击强度”,下面让咱们先来了解一下加速度。当您翻开物理教科书时,上面一般会这样写着:
物体速度随时刻的改动(时刻微分),即位移对时刻的二阶微分便是加速度(单位: [m/s2])
用公式来表达时是这样的(不拿手公式的可以疏忽。精确地说,x、v、a一般是三维向量):
别的,该加速度a与施加在物体上的力F成正比。也便是说,假如物体的质量是m,那么F=ma(称为“运动方程”)。
趁便提一下,由于重力也是作用在物体上的力,因而也会发生加速度(重力加速度:9.8[m/s2])。换言之,经过丈量停止(精确地说是加速度为零=匀速运动)物体的三维加速度,可以知道该物体相对于水平面的歪斜度(方向)。
此外,微分和积分是互逆运算的联系,因而,假如对方位进行微分核算,将得到速度值;假如对速度进行积分核算,则得到方位值。别的,对加速度进行两次积分可以获得方位值。也便是说,只要能丈量出加速度,就可以求得物体的速度和方位。
获取物置的办法有多种,例如,假如是在户外,可以运用GPS进行丈量,不过也有经过加速度求方位的办法。这种办法称为“航位估测(DeadReckoning)法”,但实践上精度不是太高(由于这是经过数值核算来进行时刻积分的,所以差错会累积),并且用很长时刻求方位并不便利实践运用(多经过其他办法定时校对来运用)。
陀螺仪用来丈量旋转物体的转速(角速度),在丈量物体的方向和运动时,一般与加速度传感器结合运用。别的,罗盘经过检测地磁来丈量方向(方位),其原理与指南针相同。与其他传感器不同,它的一个首要特点是可以丈量相对于北方或南边的朝向(朝向的绝对值),而运用加速度传感器和陀螺仪,只能得到从开端丈量时的改动量=相对值。
趁便提一下,加速度传感器与陀螺仪相结合的传感器一般称为“六轴传感器”,再配上罗盘的传感器一般称为“九轴传感器”。加速度、陀螺仪(角速度)和罗盘(方位)都是在三维空间中具有x、y、z三个重量的产品,都是三轴传感器。
抱愧,基础知识类的内容有点长了。我想咱们现已知道可以用加速度传感器丈量哪些物理量了,下面咱们来了解一下实践运用办法。例如,在Switch Science网站可以买到Grove规范的模块,与Arduino和RaspberryPi等合作运用很便利。
与微控制器合作运用时的运用办法与其他传感器大致相同,例如,与Arduino合作运用时,流程一般是先装置库,然后翻开示例草图并运转。
趁便提一下,曩昔依据加速度的巨细输出电压的产品类型(模仿输出)许多,这类产品有必要运用x、y、z轴三个轴的A/D转化器(模仿输入端口)。但是,最近大部分产品都可以像其他传感器相同直接衔接I2C总线. 加速度传感器的原理
直到最近,加速度传感器才变得更易于运用。这是由于微细加工技能的前进在其间发挥了重要作用。
加速度传感器的丈量需求运用上图所示的结构。当施加加速度时,就会被施加因加速度发生的力(惯性力),然后发生变形。这样,图中虚线围住部分的间隔会发生改动。这部分可以看成是两个导体相对的结构,也便是一个
,其间隔的改动意味着电容器的电容量发生了改动。或许有些人还记得在高中物理中学过的平行板电容器C的公式C=ε S/d。丈量电容器容量改动的办法有许多。其间包含丈量振荡电路频率改动的办法,以及丈量恒流充电时电压改动的办法。电容器的电压V可以依据与存储的电荷Q的联系,经过V=Q/C求得。
(Micro Electro Mechanical Systems)”,跟着半导体加工和制造技能的前进,在1990年左右达到了投入实践运用的水平。运用这种技能可以制造约10μm的十分小的结构。这使得在半导体芯片上不只可以创立电气电路电子电路,还可以创立处理力等物理量的结构。第一款选用这种MEMS结构的加速度传感器产品是
便是电子电路的拿手范畴了。跟着半导体芯片中集成的功用越来越多,比方扩大、降噪、A/D转化,乃至与I2C等数字控制信号的接口,最近的产品现已可以很轻松地进行高精度丈量了。趁便提一下,前面介绍的角速度传感器陀螺仪也选用了MEMS结构。角速度是经过角速度发生的“科里奥利力”引起的结构变形来丈量的。
具有MEMS结构的传感器还有其他产品。例如,丈量大气压的气压传感器也丈量压力带来的结构变形。现在,这些气压传感器也变得越来越易于运用。
别的,最近越来越多拾取空气中振荡(即音源)的麦克风也开端选用MEMS结构。MEMS结构的麦克风比曾经常用的动圈式和电容式麦克风更小型、更廉价。其间,模仿电压输出和脉冲密度依据音量而改动的PDM(Pulse Density Modulation=脉冲密度调制)输出的产品比较多。