nRF905实现无线加速度测量系统

作者：时间：2011-09-28来源：网络收藏

为了克服有线加速度传感系统中由导线所导致的数据传输弊端，以射频数字传输方式代替传统导线传输方式。给出了无线 加速度测量系统设计方案，设计了系统电路并进行调试。加速度信号采集及射频收发试验表明，在400 m范围内，测量数据传输准确。在近距运动物体加速度测量的复杂环境中，该系统能够克服因采用传输导线所带来的一些缺点。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/155669.htm

　　引言

　　微电子与微机械(MEMS)技术的发展，使现代传感器设计向微型化、智能化、集成化、微低功耗方向发展。MEMS技术突破了传统传感器设计受质量、体积、功耗等技术瓶颈的束缚，在各测量领域有着非常广泛的应用。而随着无线技术的发展，传感器技术与无线技术结合得越来越紧密，利用无线技术开发信号采集无线传输模块可以克服有线传输的弊端。

　　本文结合三轴线性MEMS惯性传感器LIS331DL和单片无线收发器nRF905构建加速度测量无线传输系统，避免因采用传输导线所带来的不利影响和使用上的不方便。该系统的特点是集电源、加速度传感器、微控器、射频收发器于一体，体积小、功耗低，能够实现对运动物体三维方向上加速度的测量。所设计的系统装置可以非常方便地固定于运动物体上，尤其适合近距复杂环境中对运动物体加速度的测量。

　　1 系统组成和工作原理

　　系统总体构成如图1所示。系统分为主、从机两部分。从机负责测量运动物体的加速度并通过射频传输方式发射测量数据;主机负责接收从机发射的数据，对数据进行实时显示，并将数据结果通过RS 232串口保存到PC机中以供分析。

　　系统采用电池供电，在非工作模式下处于待机模式，通过控制按键实现工作模式和待机模式的切换以进一步节省功耗，保证电池长时间工作。

　　2 硬件设计

　　硬件设计主要包括传感器与微控器外围连接电路设计、射频收发器与微控器外围连接电路设计等。

　　2.1 微控制器

　　经对比选用高速C8051F310单片机作为系统的微控器。C8051F310是完全集成的混合信号片上系统型MCU芯片，具有片内上电复位、VDD监视器、看门狗定时器和时钟振荡器的真正独立工作的片上系统，片内外设丰富。

　　2.2 LIS331DL传感器电路设计

　　LIS331DL是ST纳米运动传感器家族中具有最小封装(LGA16封装，3 mm×3 mm×1 mm)、最低功耗(小于1 mW)的三轴线性加速度传感器。

　　逻辑框图如图2所示。LIS331DL内部有按互相垂直关系放置的三个敏感质量块。当有外界加速度作用时，敏感质量块会偏离其平衡位置一段位移，外界加速度越大位移就越大。由于敏感质量块位于两个电极组成的电容之间，质量块位移的变化会引起电容电极两端电荷量的变化，电荷量的变化经电容/电压变换器转化为电压的变化，A/D转换器将模拟电压值转换为二进制数字值，从I2C/SPI串行接口的三个输出轴以二进制补码的形式输出。该芯片能够测量运动物体在三维空间的线加速度，三个输出轴上加速度的矢量和即为运动物体的加速度。

　　该芯片具有标准的I2C/SPI串行总线接口，内置嵌入式功能，为用户提供动态可编程设置的两个量程±2g/±8g以适应不同的应用场合，数据输出速率可编程选择为100 Hz/400 Hz以适应不同外设的速率要求。当外界加速度值超过三个输出轴中至少一个轴的可编程加速度阈值时，芯片可被配置用以产生惯性唤醒/自由落体中断信号。LIS331DL能够承受10 000g的加速度冲击而依然保持性能不变。