MEMS加速度传感器的配置方案.docx

PAGE 1 PAGE 1 MEMS加速度传感器的配置方案 随着苹果iPhone和任天堂Wii嬉戏机的流行，加速度传感器在消费类电子设备中得到了广泛的应用。例如，笔记本中的跌落爱护、MP4/手机中的屏幕自动翻转、小扣手机挂断电话以及手机“翻转静音”等等。这些应用转变了传统设备与用户之间的交互方式，使产品有了更好的用户体验。作为这场变革的，意法半导体（ST）的微机械加速度传感器不仅能够输出加速度的数值，同时集成了许多的功能模块，可以实现上述的应用。我们将以LIS35DE和LIS331DLH芯片内部的功能模块作为线索，介绍意法半导体加速度传感器的性能特点，并介绍如何配置传感器的功能模块来实现特定的应用。 双中断配置  跌落爱护对于配置了硬盘的便携式设备来说特别重要。该功能在笔记本电脑中的应用已经特别普遍。三轴加速度传感器LIS35DE、LIS33DE和LIS331DLH/M/F均能通过中断管脚并对加速度门槛寄存器进行设置来实现跌落爱护功能。其中，加速度门槛寄存器是用来设置门槛加速度的寄存器，而中断设置寄存器是用来设置中断输出的条件和中断源判定的寄存器。下面以自由落体检测为例说明检测原理和中断配置方法。  物体假如处于静止状态，就只受重力加速度的影响，而且物体三个轴上的重力加速度矢量和为1g.  物体假如处于自由落体状态，理论上在物体的X轴、Y轴和Z轴三个轴上的加速度均为零。而在实际状况中，由于空气阻力和下落旋转时产生的离心力，三个轴上的加速度矢量和应是某一个较小的数值。  静止时，物体在三个轴上的加速度不行能同时小于577mg.当然，这是一个理论上的上限参考值。考虑到加速度传感器在0g时的误差和温度变化对测量精度的影响，为防止误触发，可以将这个门槛值设定为360mg.假如三个轴上的加速度同时小于360mg,我们就可以认为物体处于自由落体状态，可以触发中断。需要留意的是，这个门槛值是一个，并且门槛值对X轴、Y轴和Z轴三个轴都是有效的，因此，我们可以设置加速度在某一轴上超过门槛值就产生中断（“或”的关系）或者加速度在三个轴上都超过门槛值才产生中断（“与”的关系）。这样，在做跌落爱护时，应当选择“与”的关系作为跌落的判定条件。  LIS35DE和LIS331DLH/M/F能够供应两个中断配置寄存器以及相互独立的中断配置寄存器与加速度门槛寄存器。一个中断信号用于跌落检测的同时，另一个中断可以用来设置为唤醒，即当加速度大于设定的门槛值时，就会产生唤醒中断。除了上述两个功能外，还可以把中断设定为数据更新通知和敲击检测等功能。  高通滤波器  iPhone3.0集成了一个新的功能，即只需要晃动手机就可以取消刚才的操作。假如通过这样一些简洁的动作来代替按键甚至做一些新应用，例如摇色子嬉戏、切换音乐等，就可以使一些常用的功能变得好玩起来。假如采纳上述中断管脚寄存器实现这样的功能，就会遇到一个问题重力。由于重力的存在，用户不能简洁地在FF_WU_TSH1寄存器中设置统一的门槛值来作为晃动或者唤醒中断的判定条件。为此，LIS35DE集成了高通滤波器，能够滤除缓慢变化或不变的加速度（如重力加速度），并且可以选择截止频率，如表1所示。只有变化频率高于截止频率的加速度才能通过。   有了高通滤波器以后，通过晃动来切换手机播放的音乐就变得比较简洁了。详细的原理是，检测手机向左、向右晃动时加速度的变化轨迹，以此来定义切换歌曲的挨次。当向左晃动手机时（切换至上一首歌），在Y轴上会产生一个较大的加速度，并且加速度的方向是先负后正。反之，假如向右晃动手机（切换至下一首歌），在Y轴上的加速度是先正后负。在这个应用中，高通滤波器去除了重力加速度的影响。在有效晃动的时间范围内（如200ms），正向和负向的加速度都触发了中断，我们即可判定为有效晃动；再通过推断正向加速度和负向加速度消失的先后挨次，我们就可以确定晃动的方向。  6D检测  在3维空间中，依据3个轴上正负方向的不同可以将物体的位置分为6种状态，分别是上下、左右、前后。如图1所示。这种空间位置信息对于手持式设备是很有用的。它不仅能让使用者了解当前设备的空间状态，还能在此基础上开发出一些新的应用，如“翻转静音”等等。   物体在三维空间中的状态   LIS331DLF/M/H系列加速度传感器集成6D检测功能模块。假如设备的空间位置发生了变化，它能够以中断的形式通知系统。  这种功能是靠检测静止时重力加速度在各个轴上的重量是否超过肯定门槛值来实现的。它允许用户自己设定这个门槛值，给用户很大的敏捷性。XH/YH/ZH分别代表X/Y/Z轴的正方向。XL/YL/ZL分别代表X