标签: 三轴加速度

引言 不同种类的货物对运输的要求不同，钢铁、煤炭、矿石等大宗物资通常对运输要求较低，而电子产品、IT 产品、家电等高价值敏感类货物则更强调运输的安全性，时效性，往往希望能尽可能安全和快速送达这类货物，使之尽快进入市场以获得较大的货物价值。 然而在公路运输、铁路运输、航空运输等运输过程中极易产生振动和冲击，若振动和冲击无法被吸收，则会对运输的货物造成损坏，从而导致严重的经济损失。 对于高货值且易碎产品的运输，保证货物安全是重中之重，这类产品极易在运输过程中因为车辆装卸、运输颠簸、搬运环节发生破损，所以对运输的要求非常高。怎样才能在运输过程中保证货物安全呢？ 冲击和振动的特点 振动是物质和物体的周期性（机械）振动，通常为中高频和低振幅。振动由其频率来描述。此外，还规定了装置承受的最大加速度。它们通常被指定为重力加速度的倍数。在低频率下，振动不是通过加速度来定义的，而是取决于振动频率范围的物体振幅，较长时间内发生机械振动可能会导致材料疲劳。 如果短期内物体受到速度（加速度）的重大变化，这被称为机械冲击。例如，在运输过程中车辆急刹或货物坠落后，当物体撞击地面并突然减速时，就会发生这种情况。 冲击被指定为重力加速度g = 9. 81m/s2的倍数。巨大的冲击可以在几毫秒内高达数百g。 冲击具有以下特点： 相互垂直的三个测量方向的加速度轴x、y和z； 加速度轴方向上的加速度值ax、ay和az； x、y和z轴或空间矢量的加速度峰值； 主轴xyz（最大）——加速度峰值â最大的轴（图4上的点）； 冲击事件加速度的随机对齐空间向量的加速度值aR： 图1 冲击事件的典型序列 影响运输过程中负载的外部冲击的示例： 由于每个负载物体都以特定的方式响应冲击，一般来说，在实际应力（例如运输）期间，应通过加速度传感器实验确定物体上的机械应力和实际冲击。 实际案例 Trimos公司自1972年以来一直活跃于工业计量领域在尺寸测量技术领域制造多种产品。例如，在机械工程中，Trimos精密测量仪器用于测量各种零件。公司产品出口率高达95%，该公司根据对客户服务数据和投诉的定期评估发现，在大多数情况下，产品投诉不是由于材料或生产缺陷，而是由于运输过程中造成的损坏。这不仅造成了顾客的烦恼，也造成了该公司高成本、时间和形象的损失。因此公司努力设计运输路线，以避免设备损坏。 用于客观数据采集的数据记录仪 为了查明损坏的原因并优化工艺。Trimos选择使用数据记录仪测试装运，以便将来能够更准确地评估运输需求。利用HK-MSR165微型数据记录仪（拇指大小，体积39*23*72mm，重量仅69g，可安装在狭窄的空间），灵敏的200g传感器能够记录三个轴上的移动引起的加速度：前后（x）、左右（y）、上下（z）。 数据记录仪还可以测量重力，因此也可以确定实际位置。通过确定位置和加速度，分析数据可以识别运输货物所承受的载荷。HK-MSR165还配备了温度传感器，以检测温度曲线。 图2 定位时的轴 ​ 运输的货物在何时、何地受到冲击，多久一次、强度如何？ HK-MSR165以准确的时间信息记录每一个细小的变化。根据一项详细的研究，我们就能够找出在运输过程中究竟发生了什么，以及在包装、运输路线和运输工具方面，今后需要进行哪些调整。 第一部分的测试旨在测试包装性能。包括在不同的条件下（高度、撞击点位置等）投放一个包装好的高灵敏度高度计，以模拟运输过程中发生的情况。测试结果揭示了包装的弱点，从而有利于改进包装。 图3 HK- MSR165固定在产品包装上 内部测试成功完成后，进入真实情况测试。将HK-MSR165数据记录器直接连接到Trimos设备上。随货物一起被送到一些关键的交货地点，以评估运输过程中遭受的冲击和温差。从离开工厂到达目的地，数据记录仪大约在货物上停留了10天。测试结果以下图为例，最大的载荷发生在y轴上，温度波动很明显。 图4 运输过程中加速度测试结果示例 测量数据的分析表明，最强的冲击发生在装卸和最终运输过程中。Trimos公司因此改善了包装，优化航空公司的选择，以保护设备免受最关键方向（y）的冲击。 因此，数据记录仪用客观的测量值来提供明确的事实，通过这样一种方式可以支持高价值货物运输过程的质量保证。 虹科MSR数据记录仪为您的货物运输保驾护航 复杂的物流已成为每个工业和消费品价值链中不可或缺的一部分。运输和配送路线——无论是简单的还是非常复杂的——在全球化市场中随处可见。因此，在任何情况下都不能忽视相关的责任和质量保证问题。 强大的HK-MSR165记录器提供有关货物运输条件的完整资料。在运输和储存期间，通过三轴加速度传感器精确记录振动、冲击等关键事件。此外，HK-MSR165数据记录仪还可以监控温度，湿度，气压，光线等关键参数，帮助您全方位保护您的货物！ 更多信息请访问： honglusys.com/ ，如果您想了解产品，技术，商务等任何问题，请直接点击“联系我们。” https://t.dustess.com/FST5ZaOM/

作为一款只有拇指般大小的微型设备，HK-MSR165数据记录仪广泛应用在与物理、电气测量技术有关的诸多领域内，并能够记录如三轴加速度、气压、湿度、温度、光照强度以及多种电压值。下面将介绍HK-MSR165数据记录仪在工业上的应用案例，证明这种微型数据测量与记录设备强大的功能与实用性。 费森尤斯（Fresenius）医疗公司所研制的腹膜透析系统，可以以极其温和的方式为患者做血液净化。按照相关法规，这些高度复杂的电子医疗设备需要的特殊塑料阀门必须在洁净室内进行研制和安装。在进行安装工作的生产设备上，这些阀门被运送到由聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）固体材料加工而成的工件载体上。然而，由于机械应力的长期存在，工件载体出现磨损迹象，因此，有必要开发一种全新的、更耐用的设计。 精确记录动态机械应力 首先，新样式工件载体的研发是基于一系列广泛测量后，由Saarland大学高分子材料系的一名学生Daniel Klein在其学士论文中提出。最初是将工厂车间数据和荷载测量作为对现有解决方案进行分析和评估的基础，通过 有限元法 （FEM）将这些数据进行评估并转换成为 拉伸应力 。这提供了当前工件载体在操作过程中的适用性信息，因此为开发一系列更优化的解决方案提供了基础数据。在这种情况下，测量工件载体所承受的 动态机械应力 至关重要。在一系列测量过程中，将瑞士制作生产的HK-MSR165数据记录仪用螺丝固定在工件载体上（如下图所示），并与包含阀门的其他工件载体一样，投入到机器的实际生产周期中。 ​ 编辑 加速度数据采样率可达1600Hz HK-MSR165记录仪实际是一个 数据采集/存储系统 ，能够独立地进行长期运行，并将采集的数据记录在微型SD存储卡上。当前型号配备了一个 高分辨率、高灵敏度的三轴加速度传感器 。凭借着小巧的尺寸（39 x 23 x 72毫米， 重约64 g）和记录三轴加速度的功能，使得该记录仪能够充分满足费森尤斯医疗公司的应用需求。 这些传感器技术全部集成到一个电镀、防水的铝合金外壳内。最终，这款强大的记录仪能够实现每秒记录高达 1600个加速度（冲击、振动）数据 测量 ，并具备 13位分辨率 。同时还可以记录 温度、湿度、压力 和光照强度 等数据。记录仪内置存储器能够存储超过 200万个测量 值 ，足够测量 超过10000次冲击 。如果您有更大容量的存储需求，采用选购的微型SD卡 (≥4 GB)，可将记录仪的内存容量 扩展到1 0亿 个测量 值 。HK-MSR165满足很多工程师测试频率 超过1 kHz的冲击 测量领域的要求，最大可测量 加速度的范围达+ / -15g ，这是用户最常需求的测量范围。 由于g分析通常需要了解“冲击事件”的历史信息，该记录仪甚至可以在事件发生之前 记录32个测量值 。因此，用户不仅知道发生了振动冲击事件，而且还能确定振动冲击在三个轴上的具体变化发展轨迹。 由于记录仪内置 900 mAh锂聚合物电池 ，在合适的测量频率下，HK-MSR165记录仪可连续进行 长达 6个月 的加速度监测任务。 揭示：磨损源于冲击加速度 由于塑料部件的张力相关设计原则上独立于应力的性质和持续时间，在这种情况下研究工件载体时使用记录仪分析最大（冲击）荷载就足够了。这样，在一系列测量过程中就可以识别工件载体在加工机器中的加速度趋势。 这里测得的加速度数据集中在 +/-2g 范围内（如下图所示）。振动和冲击这些之前被相机镜头忽视的信息，现在通过HK-MSR165记录仪能够准确检测到。最终凭借着虹科MSR数据记录仪促进操作过程中 动态 负载 的精确量化 。从现在起，这些问题是可以避免的，例如由磨损现象导致的维修工作在未来可通过对新的工件载体进行优化设计来实现改进。 ​ 编辑 HK-MSR165数据记录仪可记录一系列的物理量参数，其中就包括加速度的测量，且在三轴上可实现高达1600Hz的采样率。在此次的案例中，这样一款只有拇指般大小的数据记录仪被安装在工件载体上，用来测试后者在生产机械工作运行中所承受的机械应力。 ​ 更多信息请访问： honglusys.com/ ，如果您想了解产品，技术，商务等任何问题，请直接点击 https://t.dustess.com/KXk3E1kQ/ 搜索 复制

  第三十四章 三轴加速度传感器实验        自从有了Iphone，各种新技术的普及程度越来越快，人们喜欢的不再是摔不坏的诺基亚，而是用户体验极佳的Iphone。 本章，我们介绍一种当今智能手机普遍具有的传感器：加速度传感器。在手机上，这个功能可以用来：自动切换横竖屏、玩游戏和切歌等。ALIENTEK战舰STM32开发板自带了加速度传感器：ADXL345。本章我们将使用STM32来驱动ADXL345，读取3个方向的重力加速度值，并转换为角度，显示在TFTLCD模块上。本章分为如下几个部分： 34.1 ADXL345简介 34.2 硬件设计 34.3 软件设计 34.4 下载验证   34.1 ADXL345简介 ADXL345是ADI公司的一款3轴、数字输出的加速度传感器。ADXL345是ADI公司推出的基于iMEMS技术的3轴、数字输出加速度传感器。该加速度传感器的特点有： l  分辨率高。最高13位分辨率。 l  量程可变。具有+/-2g，+/-4g，+/-8g，+/-16g可变的测量范围。 l  灵敏度高。最高达3.9mg/LSB，能测量不到1.0°的倾斜角度变化。 l  功耗低。40~145uA的超低功耗，待机模式只有0.1uA。 l  尺寸小。整个IC尺寸只有3mm*5mm*1mm，LGA封装。 ADXL支持标准的I2C或SPI数字接口，自带32级FIFO存储，并且内部有多种运动状态检测和灵活的中断方式等特性。ADXL345传感器的检测轴如图34.1.1所示： 图34.1.1 ADXL345的三个检测轴 当ADXL345沿检测轴正向加速时，它对正加速度进行检测。在检测重力时用户需要注意，当检测轴的方向与重力的方向相反时检测到的是正加速度。图33.1.2所示为输出对重力的响应。   图34.1.2 ADXL345输出对重力的响应        图34.1.2列出了ADXL345在不同摆放方式时的输出，以便后续分析。接下来我们看看ADXL345的引脚图，如图34.1.3所示：   图34.1.3 ADXL345引脚图        ADXL345支持SPI和IIC两种通信方式，为了节省IO口，战舰STM32开发板采用的是IIC方式连接，官方推荐的IIC连接电路如图34.1.4所示：   图34.1.4 ADXL345 IIC模式连接电路        从上图可看出，ADXL345的连接十分简单，外围需要的器件也极少（就2个电容），如上连接（SDO/ALT ADDRESS接地），则ADXL345的地址为0X53（不含最低位），如果SDO/ALT ADDRESS接高，那么ADXL345的地址将变为0X1D（不含最低位）。IIC通信的时序我们在之前已经介绍过（第二十七章，IIC实验），这里就不再细说了。        最后，我们介绍一下ADXL345的初始化步骤。ADXL345的初始化步骤如下： 1） 上电 2） 等待1.1ms 3） 初始化命令序列 4） 结束 其中上电这个动作发生在开发板第一次上电的时候，在上电之后，等待1.1ms左右，就可以开始发送初始化序列了，初始化序列一结束，ADXL345就开始正常工作了。这里的初始化序列，最简单的只需要配置3个寄存器，如表34.1.1所示：   步骤 寄存器地址 寄存器名字 寄存器值 功能描述 1 0X31 DATA_FORMAT 0X0B ±16g，13位模式 2 0X2D POWER_CTL 0X08 测量模式 3 0X2E INT_ENABLE 0X80 使能DATA_READY中断   表34.1.1 ADXL345最简单的初始化命令序列        发送以上序列给ADXL345以后，ADXL345即开始正常工作。        ADXL345我们就介绍到这里，详细的介绍，请参考ADXL345的数据手册。 34.2 硬件设计 本实验采用STM32的3个普通IO连接ADXL345，本章实验功能简介：主函数不停的查询ADXL345的转换结果，得到x、y和z三个方向的加速度值（读数值），然后将其转换为与自然系坐标的角度，并将结果在LCD模块上显示出来。DS0来指示程序正在运行，通过按下WK_UP按键，可以进行ADXL345的自动校准（DS1用于提示正在校准）。 所要用到的硬件资源如下： 1）  指示灯DS0、DS1 2）  WK_UP按键 3） TFTLCD模块 4）  ADXL345     前3个，在之前的实例已经介绍过了，这里我们仅介绍ADXL345与战舰STM32开发板的连接。该接口与MCU的连接原理图如34.2.1所示：                     图34.2.1 ADXL345与STM32的连接电路图 从上图可以看出，ADXL345通过三根线与STM32开发板连接，其中IIC总线时和24C02以及RDA5820共用，接在PB10和PB11上面。ADXL345的两个中断输出，这里我们只用了一个，连接在STM32的PF11脚，另外这里的地址线是接3.3V，所以ADXL345的地址是0X1D，转换为0X3A写入，0X3B读取。      34.3 软件设计 打开上一章的工程，首先在HARDWARE文件夹下新建一个ADXL345的文件夹。然后新建一个adxl345.c和adxl345.h的文件保存在JOYPAD文件夹下，并将这个文件夹加入头文件包含路径。 打开adxl345.c文件，输入如下代码： #include "adxl345.h" #include "sys.h" #include "delay.h" #include "math.h"   //初始化ADXL345. //返回值:0,初始化成功;1,初始化失败. u8 ADXL345_Init(void) {                                   IIC_Init();                                                       //初始化IIC总线        if(ADXL345_RD_Reg(DEVICE_ID)==0XE5)    //读取器件ID        {                ADXL345_WR_Reg(DATA_FORMAT,0X2B);    //低电平中断输出,13位全分辨率,输出数据右对齐,16g量程               ADXL345_WR_Reg(BW_RATE,0x0A);             //数据输出速度为100Hz               ADXL345_WR_Reg(POWER_CTL,0x28);       //链接使能,测量模式               ADXL345_WR_Reg(INT_ENABLE,0x00);        //不使用中断                      ADXL345_WR_Reg(OFSX,0x00);               ADXL345_WR_Reg(OFSY,0x00);               ADXL345_WR_Reg(OFSZ,0x00);                     return 0;        }                          return 1;                                                           }   //写ADXL345寄存器 //addr:寄存器地址 //val:要写入的值 //返回值:无 void ADXL345_WR_Reg(u8 addr,u8 val) {        IIC_Start();                                 IIC_Send_Byte(ADXL_WRITE);     //发送写器件指令        IIC_Wait_Ack();           IIC_Send_Byte(addr);                      //发送寄存器地址        IIC_Wait_Ack();                                                                                                IIC_Send_Byte(val);                       //发送值                                        IIC_Wait_Ack();                             IIC_Stop();                                        //产生一个停止条件        } //读ADXL345寄存器 //addr:寄存器地址 //返回值:读到的值 u8 ADXL345_RD_Reg(u8 addr)         {        u8 temp=0;                   IIC_Start();                                 IIC_Send_Byte(ADXL_WRITE);  //发送写器件指令        temp=IIC_Wait_Ack();         IIC_Send_Byte(addr);               //发送寄存器地址        temp=IIC_Wait_Ack();                                                                                                     IIC_Start();                    //重新启动        IIC_Send_Byte(ADXL_READ);   //发送读器件指令        temp=IIC_Wait_Ack();         temp=IIC_Read_Byte(0);             //读取一个字节,不继续再读,发送NAK                        IIC_Stop();                                 //产生一个停止条件                return temp;                         //返回读到的值 }  //读取ADXL的平均值 //x,y,z:读取10次后取平均值 void ADXL345_RD_Avval(short *x,short *y,short *z) {        short tx=0,ty=0,tz=0;               u8 i;         for(i=0;i10;i++)        {               ADXL345_RD_XYZ(x,y,z);               delay_ms(10);               tx+=(short)*x; ty+=(short)*y; tz+=(short)*z;             }        *x=tx/10; *y=ty/10; *z=tz/10; } //自动校准 //xval,yval,zval:x,y,z轴的校准值 void ADXL345_AUTO_Adjust(char *xval,char *yval,char *zval) {        short tx,ty,tz;        u8 i;        short offx=0,offy=0,offz=0;        ADXL345_WR_Reg(POWER_CTL,0x00);       //先进入休眠模式.        delay_ms(100);        ADXL345_WR_Reg(DATA_FORMAT,0X2B);    //低电平中断输出,13位全分辨率,输出数据右对齐,16g量程        ADXL345_WR_Reg(BW_RATE,0x0A);             //数据输出速度为100Hz        ADXL345_WR_Reg(POWER_CTL,0x28);       //链接使能,测量模式        ADXL345_WR_Reg(INT_ENABLE,0x00);        //不使用中断                                     `             ADXL345_WR_Reg(OFSX,0x00);        ADXL345_WR_Reg(OFSY,0x00);        ADXL345_WR_Reg(OFSZ,0x00);        delay_ms(12);        for(i=0;i10;i++)        {               ADXL345_RD_Avval(tx,ty,tz);               offx+=tx; offy+=ty; offz+=tz;        }                        offx/=10; offy/=10; offz/=10;        *xval=-offx/4; *yval=-offy/4; *zval=-(offz-256)/4;       ADXL345_WR_Reg(OFSX,*xval);        ADXL345_WR_Reg(OFSY,*yval);        ADXL345_WR_Reg(OFSZ,*zval);      } //读取3个轴的数据 //x,y,z:读取到的数据 void ADXL345_RD_XYZ(short *x,short *y,short *z) {        u8 buf ,i;        IIC_Start();                                 IIC_Send_Byte(ADXL_WRITE);  //发送写器件指令        IIC_Wait_Ack();           IIC_Send_Byte(0x32);               //发送寄存器地址(数据缓存的起始地址为0X32)        IIC_Wait_Ack();                  IIC_Start();                           //重新启动        IIC_Send_Byte(ADXL_READ);   //发送读器件指令        IIC_Wait_Ack();        for(i=0;i6;i++)        {               if(i==5)buf =IIC_Read_Byte(0);       //读取一个字节,不继续再读,发送NACK                else buf =IIC_Read_Byte(1);      //读取一个字节,继续读,发送ACK       }                            IIC_Stop();                                        //产生一个停止条件        *x=(short)(((u16)buf 8)+buf );                    *y=(short)(((u16)buf 8)+buf );                    *z=(short)(((u16)buf 8)+buf );            } //由于编辑器问题，后续内容省略，请大家看附件。

这篇文章转载于国际商情，介绍了目前新推出的 SpacePoint 新产品，SpacePoint集三轴加速度，三轴磁传感器，三轴陀螺仪，9个姿态变量于一体，完全展于三维空间变量，并且相互校准，可完美展现空间活动的各种姿态。满足于目前流行的各种高难度的游戏。目前广泛应用于游戏手柄，空中鼠标！SpacePoint将是游戏手柄的新标准，非常期待！   Spacepoint Demo图片 原文如下： ----------------------------     近来与圈内几个在传感器市场上一起滚了许多年的朋友聊起传感器市场的变迁, 莫不感叹传感器技术和制造工艺的飞速发展. 新应用层出不穷, 传感器变得越来越小, 市场变得越来越大, 预计2010年全球市场对传感器的需求会将超过600亿美元. 从专业性很强的自动化领域的工业传感器时代, 变迁到今天影响人们的日常生活, 传感器广泛应用于各种手机和便携终端, 只不过是弹指一挥间.       苹果公司在iPhone 中嵌入加速度传感器, 真正点爆的MEMS传感器在消费电子的应用, 各种个性化的体验让人们真正切身体会到了传感科技的魅力; 加速度传感器与MEMS陀螺的配合, 在罗技的空中鼠标和任天堂的Wii 游戏手柄中, 更是极大地改变了人们对传统鼠标和游戏终端的定义. 于是, 在家中打网球, 高尔夫,拳击等等体感仿真游戏, 变得越来越真实. 但稍显不足的是, 加速度传感器与MEMS陀螺只能反映出人体运动的一种趋势, 光标在屏幕上的定位, 还不够精准, 在空间绝对位移控制上随意性和准确性方面尚显不足, 用起来真实感不够. 早在2006年美国拉斯维加斯CES展览会上, 就开始出现有商家用磁传感器采集绝对空间位移参数, 与加速度传感器和MEMS陀螺的配合, 实现真正7个空间自由度的自由控制, 让人们对未来家居电视, 游戏, 电脑的遥控和输入终端真正实现All-in-One 充满遐想, 遗憾的是, 在空间姿态的软件算法这个难题上, 市场一直没有能够在满足消费电子市场性价比的前提下实现真正的突破. 2010年这个突破即将发生,一个叫做 SpacePoint 的技术横空出世, 将磁传感器, 加速度传感器和MEMS陀螺通过源于军事应用的空间姿态的软件算法完美结合. 在经过一年多的秘密开发之后, 日本, 韩国, 香港 和深圳都已经出现使用SpacePoint 技术的厂商. 预计在年内市场上就会出现产品. 游戏玩家将可以实现用手部的姿态在屏幕上面打乒乓球时发出旋转球, 准确地实现拳击的钩拳, 直拳等逼真动作, 人们将可以在家中使用遥控器对网络电视机进行真正的鼠标操作.      随着三网合一逐步变成现实, 集成VOD视频点播 / 体感游戏等功能的网络电视机, 网络机顶盒已经应运而生而且开始大量出货. 对于国内的游戏终端设备商, 电脑设备商, 电视机厂商, 机顶盒厂商, 电信/移动运营商等, 网络游戏已经成为一个拓展业务增长空间的最大的蛋糕. 这些网络游戏中, 最明显的特点就是人体感应互动, SpacePoint技术毫无疑问将成为网络游戏的控制终端的真正推手. 人们对电脑鼠标, 电视机遥控, 游戏手柄All-in-One 的梦想将在年内成为现实.