iMEMS加速度传感器ADXL345

iMEMS加速度传感器ADXL345

　　iMEMS 半导体技术把微型机械结构与电子电路集成在同一颗芯片上。iMEMS加速度传感器就是利用这种技术，实现对单轴、双轴甚至三轴加速度进行测量并产生模拟或数字输出的传感器。根据不同的应用，加速度传感器的测量范围从几g到几十g不等。数字输出的加速度传感器还会集成多种中断模式。这些特性可以为用户提供更加方便灵活的解决方案。

　　ADXL345是ADI公司最近推出的基于iMEMS技术的3轴、数字输出加速度传感器。ADXL345具有+/-2g，+/-4g，+/-8g，+/-16g可变的测量范围;最高13bit分辨率;固定的4mg/LSB灵敏度;3mm*5mm*1mm超小封装;40-145uA超低功耗;标准的I2C或SPI数字接口;32级FIFO存储;以及内部多种运动状态检测和灵活的中断方式等特性。所有这些特性，使得ADXL345有助于大大简化跌倒检测算法，使其成为一款非常适合用于跌倒检测器应用的加速度传感器。

　　本文给出的跌倒检测解决方案，完全基于ADXL345内部的运动状态检测功能和中断功能，甚至不需要对加速度的具体数值进行实时读取和复杂的计算操作，可以使算法的复杂度降至最低。

　　中断系统

　　图1给出了ADXL345的系统框图及管脚定义。

　　图1 ADXL345系统框图及管脚定义

　　ADXL345具有两个可编程的中断管脚：Int1和Int2。以及Data_Ready、Single_Tap、Double_Tap、Activity、Inactivity、Free_Fall、Watermark、Overrun，共计8个中断源。每个中断源可以独立地使能或禁用，还可以灵活地选择是否映射到Int1或Int2中断管脚。所有的功能都可以同时使用，只是某些功能可能需要共用中断管脚。中断功能通过INT_ENABLE寄存器的相应位来选择使能或禁用，通过INT_MAP寄存器的相应位来选择映射到Int1管脚或Int2管脚。中断功能的具体定义如下：

　　1. Data_Ready 当有新的数据产生时，Data_Ready中断置位;当没有新的数据时，Data_Ready中断清除。

　　2. Single_Tap 当加速度值超过一定门限(THRESH_TAP)并且持续时间小于一定时间范围(DUR)的时候，Single_Tap中断置位。

　　3. Double_Tap 当第一次Single_Tap事件发生后，在一定时间(LATENT)之后，并在一定时间(WINDOW)之内，又发生第二次Single_Tap事件时，Double _Tap中断置位。

　　图2给出了有效的Single_Tap中断和Double _Tap中断的示意图。

　　图2 Single_Tap和Double _Tap中断示意

　　4. Activity 当加速度值超过一定门限(THRESH_ACT)时，Activity中断置位。

　　5. Inactivity 当加速度值低于一定门限(THRESH_INACT)并且持续超过一定时间(TIME_INACT)时，Inactivity中断置位。TIME_INACT可以设定的最长时间为255s。

　　需要指出的是，对于Activity和Inactivity中断，用户可以针对X、Y、Z轴来分别进行使能或禁用。比如，可以只使能X轴的Activity中断，而禁用Y轴和Z轴的Activity中断。

　　另外，对于Activity和Inactivity中断，用户还可以自由选择DC coupled工作方式或者AC coupled工作方式。其区别在于，DC coupled工作方式下，每个采样点的加速度值将直接与门限(THRESH_ACT或THRESH_INACT)进行比较，来判断是否发生中断;而AC coupled工作方式下，新的采样点将以之前的某个采样点为参考，用两个采样点的差值与门限(THRESH_ACT或THRESH_INACT)进行比较，来判断是否发生中断。AC coupled工作方式下的Activity检测，是选择检测开始时的那一个采样点作为参考，以后每个采样点的加速度值都与参考点进行比较。如果它们的差值超过门限(THRESH_ACT)，则Activity中断置位。AC coupled工作方式下的Inctivity检测，同样要选择一个参考点。如果新采样点与参考点的加速度差值超过门限(THRESH_INACT)，参考点会被该采样点更新。如果新采样点与参考点的加速度差值小于门限(THRESH_INACT)，并且持续超过一定时间(TIME_INACT)，则Inctivity置位。

　　6. Free_Fall 当加速度值低于一定门限(THRESH_FF)并且持续超过一定时间(TIME_FF)时，Free_Fall中断置位。与Inactivity中断的区别在于，Free_Fall中断主要用于对自由落体运动的检测。因此， X、Y、Z轴总是同时被使能或禁用;其时间设定也比Inactivity中断中要小很多，TIME_FF可以设定的最大值为1.28s;而且Free_Fall中断只能是DC coupled工作方式。

　　7. Watermark 当FIFO里所存的采样点超过一定点数(SAMPLES)时，Watermark中断置位。当FIFO里的采样点被读取，使得其中保存的采样点数小于该数值(SAMPLES)时，Watermark中断自动清除。

　　需要指出的是，ADXL345的FIFO最多可以存储32个采样点(X、Y、Z三轴数值)，且具有Bypass模式、普通FIFO模式、Stream模式和Trigger模式，一共4种工作模式。FIFO功能也是ADXL345的一个重要且十分有用的功能。但是本文后面给出的解决方案中，并没有使用到FIFO功能，所以，在此不做详细介绍。

　　8. Overrun 当有新采样点更新了未被读取得前次采样点时，Overrun中断置位。 Overrun功能与FIFO的工作模式有关，当FIFO工作在Bypass模式下，如果有新采样点更新了DATAX、DATAY和DATAZ寄存器里的数值，则Overrun中断置位。当FIFO工作在其他三种模式下，只有FIFO被存满32点时，Overrun中断才会置位。FIFO里的采样点被读取后，Overrun中断自动清除。