加速度測量顯示電路設計

王澤

迅達（中國）電梯有限公司沈陽分公司 遼寧沈陽 110135

1 方案研究

方案一：考慮使用藍牙傳送數據的模式，并使用32單片機和51單片機。其 中，32單片機所完成的工作是獲取MPU6050的三軸加速度原始數據，然后通過 藍牙連接的方式將數據發送給51單片機。再通過串口通信的方式，將處理后的數據（此數據的單位是m/s2）在51單片機的顯示屏上顯示。但是在進行模塊測試過程中，發現購買的藍牙模塊并未正常工作。導致無法實現預期要求[1]。

因此，未采用此種方案。

方案二：鑒于方案一中發現的問題，放棄使用藍牙模塊，因此改用有線傳輸的方法，將32單片機中的數據傳送到51單片機中并進行顯示。此方案使用兩塊單片機，雖能很好的展現加速度的測量結果，但研究兩塊單片機板需要一定的時間，且系統體積較大，不符合儀器的微型化發展趨勢。

因此，此方案為保留預選方案。

方案三：直接使用51單片機，實現MPU6050數據的采集以及加速度的顯示。其中，51單片機使用IIC通信方式獲取MPU6050的三軸加速度數據，通過串口的方式將數據傳送至顯示屏進行顯示。此種方案思路清晰且較易實現，滿足儀器的小型化要求，并滿足精度和靈敏 度的要求。因此，最終選擇了方案三作為最后的實現方案。

2 元器件選擇

2.1 STC15F2K61S2單片機

該系統采用MCS-51系列單片機作為控制核心，該系統可以完成運算控制、 信號識別以及顯示功能的實現。由于用了單片機，使其技術比較成熟，應用起來 方便、簡單并且單片機周圍的輔助電路也比較少，便于控制和實現。整個系統具 有極其靈活的可編程性，能方便地對系統進行功能的擴張和更改性。

圖1 mdm 最小系統板原理圖

2.2 MPU60X0（MPU6050）

MPU-6000（6050）為全球首例整合性6軸運動處理組件，相較于多組件方案，免除了組合陀螺儀與加速器時間軸之差的問題，減少了大量的封裝空間。當連接 到三軸磁強計時，MPU-60X0提供完整的9軸運動融合輸出到其主I2C或 SPI端口（SPI僅在MPU-6000上可用）。在此系統中，主要使用了其具有16位ADC和信號調理的三軸MEMS加速度傳感器、數字運動處理器（DMP）引擎、主I2C和SPI（僅MPU-6000）串行通信接口、時鐘SCL、傳感器數據寄存器SDA和FIFO等功能。

具有16位ADC和信號調理的三軸MEMS加速度傳感器。MPU60X0的3軸加速度計每個軸獨立分開檢測，每個軸上加速度產生的相應的位移檢測和電容式傳感及檢測到的位移形成差異。MPU60X0的架構降低了加速 度計的加工敏感性及漂移。當該裝置放在平坦表面上時，它將測量0g的X、Y 軸和1g的Z軸。加速度計標度的出產因數校正，標稱值為獨立的電源電壓。每個傳感器都有一個專用的sigma-deltaADC，用于提供數字輸出，量程范圍可以實現±2g、±4g、±8g 或±16g 的數字輸出[2]。

加速度測量值寄存器存儲最近加速度計的測量值，加速度計根據采樣頻率（由寄存器25定義）寫入到寄存器中，該寄存器由2個寄存器集合組成：一個內部寄存器集合和一個面向用戶的讀取寄存器集合。加速度計傳感器的內部寄存器集合里的數據根據采樣頻率更新，與此同時，每當串行接口處于閑置狀態時，面向用戶的讀取寄存器集合會復制內部寄存器集合的數據值，這保證了突發讀取時傳感器寄存器可以讀到相同的采樣時刻的測量值。若沒有突發讀取，則用戶通過檢測數據就緒中斷（Data Ready interrupt）確保一組單字節的讀取在相應的采樣時刻。每個16位加速度計測量值的滿量程定義在ACCEL_FS（寄存器28）。對于每個滿量程的設置，ACCEL_xOUT 里加速度計測量值的靈敏度最低分辨率（LSB）不同。

2.3 12864G-086-PC顯示屏

JLX12864G-086可以顯示128列＊64行點陣單色圖片，或顯示8個/行＊4行16＊16點陣的漢字，或顯示16個/行＊8行8＊8點陣的英文、數字、符號。結構輕、 薄、帶背光。IC采用UC1701X，功能強大，穩定性好。功耗低，10-100mW（不帶 背光10mW，帶背光不大于100mW）。采用4線SPI串行接口，方便簡單。工作溫度在-20℃～70℃，壽命為50000小時（工作溫度在25℃）。

2.4 CH452

CH452是數碼管顯示驅動和鍵盤掃描控制芯片。CH452內置時鐘振蕩電路，可以動態驅動8位數碼管或者64只LED，具有BCD譯碼、閃爍、移位、段位尋址、光柱譯碼等功能；同時還可以進行64鍵的鍵盤掃描；CH452通過可以級聯的4線串行接口或者2線串行接口與單片機等交換數據；并且可以對單片機提供上電復位信號[3]。

3 結語

通過查閱資料，本研究選擇具有XYZ三方向的加速度傳感器芯片，設計了信號調理電路，將XYZ三方向的加速度轉變為0-5V電壓信號，并顯示出來。在現如今數字時代，通過模數轉換，將實際模擬量轉化為數字量，對其進行分析研究，有利于工程的控制與分析，具有一定的實際意義。