基于MMA7361的三軸加速度計設計

劉鑫源 呂興東 李冰潔 華玉川

摘要：本文基于MMA7361實現了三軸加速度計的設計，單片機采集數據后，通過串口通信的方式將三軸加速度數據上傳給上位機，在上位機完成labview編程，實現了對三軸加速度數據實時在線測量，數據方差值優于0.03，數據傳輸穩定。

關鍵詞：MMA7361;三軸加速度計;單片機;labview

與直角坐標軸結合的三軸加速度傳感器，可以實時顯示運動物體在X軸、Y軸及Z軸三個方向的加速度，以此為基礎對物體運動角度進行記錄，在運動傳感技術中得到了廣泛的應用。

一、加速度傳感器基本原理

根據加速度傳感器將待測量物體的加速度轉化為傳感單元的電阻/電壓/電容的變化，通過轉換電路將傳感單元的變化數值轉化為電壓值后，進行信號放大以及濾波處理，最后通過ADC轉換器（模數轉換器），轉換為數字信號。

如圖1所示，MMA7361用半導體工藝（掩膜和蝕刻）將其建模為連接到可移動中心質量的一組梁，受到加速度的作用，可移動梁可從其靜止位置偏轉，距離的變化是加速度的量度。然后對信號進行信號調理和濾波（開關電容器），從而提供與加速度成比例的輸出電壓。

二、三軸加速度計系統設計

如圖2所示，三軸加速度計設計系統主要包括三部分：分別為加速度信號采集部分、加速度信號處理部分及加速度信號分析結果及輸出部分。

將單片機與三軸加速度傳感器MMA7361及上位機進行硬件連接。根據三軸加速度模塊MMA7361手冊，根據所選擇的量程等信息編輯相應模數轉換及數據處理程序，完成系統的初始化。上位機通過Labview發送數據采集指令給單片機，單片機接收指令對三軸加速度傳感器MMA7361進行數據采集，單片機接收MMA7361的輸出的三個方向上的模擬電壓，經過模數轉換及數據處理的程序將三個方向的模擬電壓量轉化為對應的三個方向上的加速度值，從而可以得到X軸、Y軸、Z軸三個方向的加速度值。Labview與單片機通過串口通信實時接收傳輸數據并顯示，從而將加速度傳感器MMA7361三個方向上的加速度實時反映在Labview可視化界面上。

三、三軸加速度計測試結果

首先將三軸加速度傳感器MMA7361的電源及接地端與單片機連接，再將三軸加速度傳感器MMA7361的三個輸出端口與單片機模擬量輸入端口進行連接，通過USB將arduino與電腦連接。

如圖3所示，將數據傳送至上位機軟件后，將X軸、Y軸以及Z軸方向上的加速度值分別存儲，打開對應的X軸數據存儲文檔，對數據進行處理觀察數據傳輸過程是否穩定。根據方差公式對上述數據進行處理得到方差值為0.029，具有實時監控、數據傳輸、數據處理等功能。

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基金項目：北京信息科技大學2021年大學生創新創業訓練計劃項目資助。