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MEMS六轴传感器的可穿戴设备电路设计—电路精选(37)

作者:dolphin时间:2017-04-10浏览次数:229

现在市面上的可穿戴设备越来越多,对于可穿戴设备,尤其是手腕式的可穿戴设备的竞争日益激烈。对于可穿戴设备的研究核心在于可穿戴传感器的研究。可穿戴设备的功能日趋强大与其内部使用的可穿戴传感器数量的增加和性能提高息息相关。

本文基于MEMS六轴传感器技术,目的在于设计出一套可以用于运动轨迹检测的可穿戴设备。利用现有的蓝牙4.0 技术,将六轴传感器收集到的数据实时传送到上位机,通过MATLAB 等仿真软件以及合理的数据处理,得到最接近现实的运动轨迹。

工作原理及电路原理

MEMS六轴传感器工作原理

MEMS惯性传感器采用集成电路的工艺,以其独特的加工工艺区别于其他惯性传感器。优点在于可靠性高、制造成本低廉、并且寿命更长。同时还具有重量轻、易集成、耗电量低、体积小、能大批量生产的特点。MEMS 传感器在同一个芯片上进行信号传输前可放大信号,提高信号水平,减小干扰和传输噪声。特别是同一芯片上进行A/D 转换时,更能改善信噪比。

图1 加速度传感器的工作原理图

MEMS 六轴传感器是由一个三轴陀螺仪传感器和一个三轴加速计传感器集成在同一个芯片上,可以实时输出陀螺仪和加速计读取到的数据。加速计的原理和传统的原理形似。三轴陀螺仪的工作原理则与传统的陀螺仪原理不同,传统的陀螺仪理论依据是角动量守恒定律。不停转动的物体,他的转轴指向是不随它原本的支架的转动而变化的。MEMS 陀螺仪是利用科里奥式力,物体被驱动,不停的来回做颈向运动,科里奥式力就不在横向来回变化。

可穿戴硬件系统的设计

本硬件系统的主要组成是由传感器的数据采集和蓝牙射频俩部分构成。传感器部分主要由六轴传感器MPU6050 和气压温度传感器BMP180,蓝牙芯片选用TI 公司的CC2541。MPU6050 和BMP180 通过I2C 总线和CC2541相连,将采集到的数据传输给蓝牙芯片。蓝牙芯片再通过板子上的巴伦滤波器和陶瓷天线将收集到的数据传输出去。详细系统原理图2。将俩部分电路集成在同一个电路板在上,制作出一套开穿戴开发平台,如图3。通过这套自行研发的开发平台,可以做大量轨迹实验,为下一步的轨迹模拟提供了实验环境保证。

图2(a):系统电路原理图CC2541 部分

图2(b):系统电路原理图传感器部分

图3:可穿戴开发设备

编者结语

本可穿戴开发平台设计是基于MEMS六轴传感器MPU6050的基本原理,并且结合了蓝牙的传输技术,可以方便、快速的将运动采集到的数据快速的传输到PC 上。采集到的数据主要应用于后期可穿戴计算的研究。



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