加速度测量显示电路设计

王泽

迅达（中国）电梯有限公司沈阳分公司 辽宁沈阳 110135

1 方案研究

方案一：考虑使用蓝牙传送数据的模式，并使用32单片机和51单片机。其 中，32单片机所完成的工作是获取MPU6050的三轴加速度原始数据，然后通过 蓝牙连接的方式将数据发送给51单片机。再通过串口通信的方式，将处理后的数据（此数据的单位是m/s²）在51单片机的显示屏上显示。但是在进行模块测试过程中，发现购买的蓝牙模块并未正常工作。导致无法实现预期要求[1]。

因此，未采用此种方案。

方案二：鉴于方案一中发现的问题，放弃使用蓝牙模块，因此改用有线传输的方法，将32单片机中的数据传送到51单片机中并进行显示。此方案使用两块单片机，虽能很好的展现加速度的测量结果，但研究两块单片机板需要一定的时间，且系统体积较大，不符合仪器的微型化发展趋势。

因此，此方案为保留预选方案。

方案三：直接使用51单片机，实现MPU6050数据的采集以及加速度的显示。其中，51单片机使用IIC通信方式获取MPU6050的三轴加速度数据，通过串口的方式将数据传送至显示屏进行显示。此种方案思路清晰且较易实现，满足仪器的小型化要求，并满足精度和灵敏 度的要求。因此，最终选择了方案三作为最后的实现方案。

2 元器件选择

2.1 STC15F2K61S2单片机

该系统采用MCS-51系列单片机作为控制核心，该系统可以完成运算控制、 信号识别以及显示功能的实现。由于用了单片机，使其技术比较成熟，应用起来 方便、简单并且单片机周围的辅助电路也比较少，便于控制和实现。整个系统具 有极其灵活的可编程性，能方便地对系统进行功能的扩张和更改性。

图1 mdm 最小系统板原理图

2.2 MPU60X0（MPU6050）

MPU-6000（6050）为全球首例整合性6轴运动处理组件，相较于多组件方案，免除了组合陀螺仪与加速器时间轴之差的问题，减少了大量的封装空间。当连接 到三轴磁强计时，MPU-60X0提供完整的9轴运动融合输出到其主I2C或 SPI端口（SPI仅在MPU-6000上可用）。在此系统中，主要使用了其具有16位ADC和信号调理的三轴MEMS加速度传感器、数字运动处理器（DMP）引擎、主I2C和SPI（仅MPU-6000）串行通信接口、时钟SCL、传感器数据寄存器SDA和FIFO等功能。

具有16位ADC和信号调理的三轴MEMS加速度传感器。MPU60X0的3轴加速度计每个轴独立分开检测，每个轴上加速度产生的相应的位移检测和电容式传感及检测到的位移形成差异。MPU60X0的架构降低了加速 度计的加工敏感性及漂移。当该装置放在平坦表面上时，它将测量0g的X、Y 轴和1g的Z轴。加速度计标度的出产因数校正，标称值为独立的电源电压。每个传感器都有一个专用的sigma-deltaADC，用于提供数字输出，量程范围可以实现±2g、±4g、±8g 或±16g 的数字输出[2]。

加速度测量值寄存器存储最近加速度计的测量值，加速度计根据采样频率（由寄存器25定义）写入到寄存器中，该寄存器由2个寄存器集合组成：一个内部寄存器集合和一个面向用户的读取寄存器集合。加速度计传感器的内部寄存器集合里的数据根据采样频率更新，与此同时，每当串行接口处于闲置状态时，面向用户的读取寄存器集合会复制内部寄存器集合的数据值，这保证了突发读取时传感器寄存器可以读到相同的采样时刻的测量值。若没有突发读取，则用户通过检测数据就绪中断（Data Ready interrupt）确保一组单字节的读取在相应的采样时刻。每个16位加速度计测量值的满量程定义在ACCEL_FS（寄存器28）。对于每个满量程的设置，ACCEL_xOUT 里加速度计测量值的灵敏度最低分辨率（LSB）不同。

2.3 12864G-086-PC显示屏

JLX12864G-086可以显示128列＊64行点阵单色图片，或显示8个/行＊4行16＊16点阵的汉字，或显示16个/行＊8行8＊8点阵的英文、数字、符号。结构轻、 薄、带背光。IC采用UC1701X，功能强大，稳定性好。功耗低，10-100mW（不带 背光10mW，带背光不大于100mW）。采用4线SPI串行接口，方便简单。工作温度在-20℃～70℃，寿命为50000小时（工作温度在25℃）。

2.4 CH452

CH452是数码管显示驱动和键盘扫描控制芯片。CH452内置时钟振荡电路，可以动态驱动8位数码管或者64只LED，具有BCD译码、闪烁、移位、段位寻址、光柱译码等功能；同时还可以进行64键的键盘扫描；CH452通过可以级联的4线串行接口或者2线串行接口与单片机等交换数据；并且可以对单片机提供上电复位信号[3]。

3 结语

通过查阅资料，本研究选择具有XYZ三方向的加速度传感器芯片，设计了信号调理电路，将XYZ三方向的加速度转变为0-5V电压信号，并显示出来。在现如今数字时代，通过模数转换，将实际模拟量转化为数字量，对其进行分析研究，有利于工程的控制与分析，具有一定的实际意义。