跟着苹果iPhone和任天堂Wii游戏机的盛行,加速度传感器在消费类电子设备中得到了广泛的运用。例如,笔记本中的下跌维护、MP4/手机中的屏幕主动翻转、轻敲手机挂断电话以及手机“翻转静音”等等。这些运用改变了传统设备与用户之间的交互办法,使产品有了更好的用户体会。意法半导体(ST)的微机械加速度传感器不只能够输出加速度的数值,一起集成了许多的功用模块,能够完结上述的运用。咱们将以LIS35DE和LIS331DLH芯片内部的功用模块作为头绪,介绍意法半导体加速度传感器的功用特色,并介绍怎么装备传感器的功用模块来完结特定的运用。
双中止装备
下跌维护关于装备了硬盘的便携式设备来说十分重要。该功用在高级笔记本电脑中的运用现已十分遍及。三轴加速度传感器LIS35DE、LIS33DE和LIS331DLH/M/F均能经过中止管脚并对加速度门槛寄存器进行设置来完结下跌维护功用。其间,加速度门槛寄存器是用来设置门槛加速度的寄存器,而中止设置寄存器是用来设置中止输出的条件和中止源断定的寄存器。下面以自由落体检测为例阐明检测原理和中止装备办法。
物体假如处于停止状况,就只受重力加速度的影响,并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况,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。而在实践情况中,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。
停止时,物体在三个轴上的加速度不可能一起小于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时的差错和温度改变对丈量精度的影响,为避免误触发,能够将这个门槛值设定为360mg。假如三个轴上的加速度一起小于360mg,咱们就能够以为物体处于自由落体状况,能够触发中止。需求留意的是,这个门槛值是一个绝对值,并且门槛值对X轴、Y轴和Z轴三个轴都是有用的,因而,咱们能够设置加速度在某一轴上超越门槛值就产生中止(“或”的联系)或许加速度在三个轴上都超越门槛值才产生中止(“与”的联系)。这样,在做下跌维护时,应该挑选“与”的联系作为下跌的断定条件。
LIS35DE和LIS331DLH/M/F能够供给两个中止装备寄存器以及相互独立的中止装备寄存器与加速度门槛寄存器。一个中止信号用于下跌检测的一起,另一个中止能够用来设置为唤醒,即当加速度大于设定的门槛值时,就会产生唤醒中止。除了上述两个功用外,还能够把中止设定为数据更新告诉和敲击检测等功用。
高通滤波器
iPhone3.0集成了一个新的功用,即只需求晃动手机就能够撤销方才的操作。假如经过这样一些简略的动作来替代按键乃至做一些新运用,例如摇色子游戏、切换音乐等,就能够使一些常用的功用变得风趣起来。假如选用上述中止管脚寄存器完结这样的功用,就会遇到一个问题———重力。由于重力的存在,用户不能简略地在FF_WU_TSH1寄存器中设置一致的门槛值来作为晃动或许唤醒中止的断定条件。为此,LIS35DE集成了高通滤波器,能够滤除缓慢改变或不变的加速度(如重力加速度),并且能够挑选截止频率,如表1所示。只要改变频率高于截止频率的加速度才干经过。
有了高通滤波器今后,经过晃动来切换手机播映的音乐就变得比较简略了。详细的原理是,检测手机向左、向右晃动时加速度的改变轨道,以此来界说切换歌曲的次序。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。在这个运用中,高通滤波器去除了重力加速度的影响。在一次有用晃动的时刻范围内(如200ms),正向和负向的加速度都触发了中止,咱们即可断定为一次有用晃动;再经过判别正向加速度和负向加速度呈现的先后次序,咱们就能够确认晃动的方向。
6D检测
在3维空间中,依据3个轴上正负方向的不同能够将物体的方位分为6种状况,别离是上下、左右、前后。如图1所示。这种空间方位信息关于手持式设备是很有用的。它不只能让运用者了解当时设备的空间状况,还能在此基础上开宣布一些新的运用,如“翻转静音”等等。
物体在三维空间中的状况
LIS331DLF/M/H系列加速度传感器集成6D检测功用模块。假如设备的空间方位产生了改变,它能够以中止的方法告诉体系。
这种功用是靠检测停止时重力加速度在各个轴上的重量是否超越必定门槛值来完结的。它答运用户自己设定这个门槛值,给用户很大的灵活性。XH/YH/ZH别离代表X/Y/Z轴的正方向。XL/YL/ZL别离代表X/Y/Z轴的负方向。当检测到的加速度在正方向大于门槛值的时分,XH/YH/ZH为1;当检测到的加速度在负方向小于门槛值的时分,XL/YL/ZL为1。经过读取中止状况寄存器INTx_SRC,咱们能够断定此刻设备的状况。
依据门槛值的不同,用户能够更精确地界说某些状况。以X轴/Y轴为例,为了较为精确地界说方位,能够将门槛值设置得高一些,这样在X和Y轴之间会留下一些“死区”。在“死区”范围内,传感器不会触发6D中止。只要物体的实践方位更挨近用户界说的区域时,才会触发中止。这一功用在一些运用中能够避免用户的误操作。
下面以翻转手机完结静音为例,阐明检测原理和6D检测功用的设置。由于重力加速度一向存在,平放在桌子上的手机在Z轴负方向的(指向地心)加速度为1g,X轴和Y轴上没有加速度(为零或许很小)。
当需求静音时,将手机翻转过来,反面朝上放置于桌上。此刻X轴和Y轴上依然没有加速度,可是重力加速度加在了Z轴的正方向上。经过检测Z轴正负方向上的重力加速度,就能够知道手机当时的状况。这种计划需求不断地检测加速度值,因而占用体系的很多资源。
假如运用6D检测功用,只需求等候来自Z轴正方向上的中止就能够辨认手机是否翻转,这极大地节省了体系资源。
单/双击辨认
诺基亚8800CA手机除了有“翻转静音”的功用外,还有双击手机显现时钟的功用。其间敲击的辨认能够经过加速度传感器来完结。LIS35DE集成了辨认单击或双击的功用模块,经过寄存器规划就能够辨认出单击以及两次单击是否契合双击的条件。LIS35DE的单双击功用由地址为38h~3Fh的寄存器操控,如表2所示。
单击辨认的进程需求满意两个条件。一是敲击产生的加速度值高于门槛值,二是加速度的值高于门槛值,小于CLICK_TImeLimit的数值要求。当敲击一起满意这两个条件时,就能够断定为一次单击。而大于CLICK_TImeLimit的数值要求时,则不会有中止产生。
在检测出第一次单击的基础上,第2次单击的辨认有必要满意CLICK_Latency和CLICK_Windows设定的条件。只要第2次单击落在CLICK_Windows时刻段内,才是一次有用的双击,不然只能断定为两次单击。CLICK_Latency是用来设定第一次单击被辨认后的功用封闭时刻的,它用来消除噪声加速度,避免误触发。
而合作CTRL_REG3(22h)寄存器来设定中止信号,是经过中止管脚1或2的输出,经过中止告诉的办法完结单双击功用的。
休眠形式
便携类电子设备对电子元器材的功耗有比较高的要求,因而,意法半导体的LIS35DE能够设置两种形式:正常作业形式(《0.5mA)和掉电形式(《1μA)。虽然LIS35DE在正常作业形式下只要小于0.5mA的耗费电流,可是为了取得更长的待机时刻,能够使LIS35DE进入掉电形式来下降功耗。
这两种作业形式关于大多数的运用现已足够了,可是关于选用加速度传感器完结唤醒的功用来说,这两个作业形式就稍显缺乏了。由于唤醒功用需求主处理器装备相应的寄存器,把LIS35DE从掉电形式唤醒,并且还需求几十毫秒的等候时刻;与此一起,在待机时0.5mA的电流仍是有些大。例如,在运用加速度传感器唤醒GPS(全球定位体系)时,假如GPS处于停止状况,没有加速度改变,GPS的主处理器就进入待机形式;一旦有运动产生,加速度传感器感知到加速度的改变,就可宣布中止信号来唤醒主处理器和LNA。在GPS待机时,加速度传感器一向处于作业状况,不能进入掉电形式,不然,加速度传感器就需求其他器材将其唤醒。
在LIS331DLH/M/F加速度传感器中,不光具有上述两种形式,还具有低功耗形式。在该形式下,数据的输出更新频率能够设置为0.5Hz/1Hz/2Hz/5Hz,此刻耗费电流仅为10μA~60μA,远远小于LIS35DE正常作业时0.5mA的电流。
在低功耗形式下,加速度传感器依然处于作业状况,但耗费很低的功耗。它不需求被其他器材唤醒。相反,还能够检测设备的运动状况并在特定条件下唤醒主处理器。这就极大地下降了体系待机功耗。该器材不光可用于PNS(便携导航体系)的智能运动检测,还可用于手机屏幕的动态点亮运用以及一些手机宠物游戏中。
整体说来,意法半导体在加速度传感器上有广泛的产品组合,为不同的运用集成了便利易用的功用模块。每个功用模块不只针对特定的运用简化了软件规划,并且功用模块之间和谐作业能够完结更杂乱的运用。