项目十二 智能拐杖 - 任务一

《传感器应用》主讲教师：XXX

项目十二智能拐杖PART12※三轴加速度传感器选型与检测※实现智能拐杖12项目概述拐杖作为一种辅助行走的简单器械，通常是一根木制或金属棍子。拐杖是一种重要的医疗康复辅助用具,但市场上大多数拐杖并没有能够智能方便感应当前路面的倾斜度等功能，现公司需要设计一个智能拐杖要求使用三轴加速度传感器进行设计智能拐杖功能。小林是公司的产品研发工程师，现需要设计出产品。使用树莓派开发套件编写程序调试实现上述功能，便于后续产品的研发。认识加速度传感器的作用和种类01认识MPU6050陀螺仪加速度传感器02学习目标objective认识摇杆种类和使用方法03技能目标objective掌握MPU6050陀螺仪加速度的检测方法01掌握摇杆传感器的选用方法02TASKONE任务一三轴加速度传感器选型与检测4任务概述储备知识任务实施任务目标231本次任务：在掌握三轴加速度传感器的工作原理后，并完成三轴加速度传感器的检测和掌握其外围端口的连接方法。任务概述4任务概述储备知识任务实施任务目标231TASKONE任务一三轴加速度传感器选型与检测01.掌握三轴加速度传感器的使用方法02.掌握三轴加速度传感器的检测方法任务目标4任务概述储备知识任务实施任务目标231TASKONE任务一三轴加速度传感器选型与检测01.加速度传感器和三轴加速度传感器储备知识02.MPU-6050集成芯片03.遥杆传感器01.加速度传感器和三轴加速度传感器1.1.什么是加速度传感器加速度传感器（一种能够测量加速度的传感器）弹性元件阻尼器敏感元件适调电路质量块组成部分在加速过程中，通过对质量块所受惯性力的测量，利用牛顿第二定律获得加速度值。1.2.三轴加速度传感器为了进一步测量、了解物体的运动状态，需要测得该物体的三个坐标轴上的加速度分量，因此，三轴加速度传感器运孕而生，它可以用来检测物体的加速度信号。因为三轴加速度传感器也是根据重力原理进行设计的。所以用三轴加速度传感器可以实现双轴正负90度或双轴0-360度的倾角，再进过校正、其测量的精度要高于双轴加速度传感器。三轴加速度传感器的优点0102三轴加速度传感器在预先不知道物体运动方向的场合下，仍然可以检测加速度信号。三维加速度传感器具有体积小和重量轻的特点，可以测量空间加速度，能够全面准确反映物体的运动性质。02.MPU-6050集成芯片2.1.MPU-6050集成芯片概述MPU-6000（6050）（全球第一款集成6轴运动处理组件）集成了3轴MEMS陀螺仪集成了3轴MEMS加速度计集成了一个可扩展的数字运动处理器DMP（DigitalMotionProcessor）扩展方法如下通过I2C接口连接一个第三方的数字传感器，比如磁力计，扩展之后就可以通过其I2C或SPI接口输出一个9轴的信号（SPI接口仅在MPU-6000可用）。同时，MPU-60X0也可以通过其I2C接口连接非惯性的数字传感器，比如压力传感器。引脚编号引脚名称引脚功能1CLKIN可选的外部时钟输入，如果不用则连接到GND6AUX_DAI2C主串行数据，用于外接传感器7AUX_CLI2C主串行时钟，用于外接传感器8VLOGIC数字IO供电电压9AD0I2Cslave地址LSB（AD0）10REGOUT校准滤波电容连线11FSYNC帧同步数字输入12INT中断数字输出MPU-6050集成芯片引脚功能引脚编号引脚名称引脚功能13VDD电源电压正极18GND电源地19，21，22RESV预留，不接20CPOUT电荷泵电容连线23SCLI2C串行时钟24SDAI2C串行数据2,3,4,5,14,15,16,17NC不接MPU-6050集成芯片引脚功能2.2.三轴加速度传感电路模块如图所示，为MPU-6050模块的电路原理图。MPU-6050模块的电路原理图MPU-6050集成电路，相关引脚功能参看表所示。IC1稳压芯片，实现将5V电源转换为3.3V电压输出。IC2模块的外接接口。JP1011脚：电源端（需要接5V）022脚：电源GND044脚SDA：I2C的数据线033脚SCL：I2C的时钟线088脚INT：中断输出，漏极开路077脚AD0：I2C的从地址LSB，一般接地2.3.三轴加速度传感器应用三轴加速度传感器在智能型手机、平板装置设备、手持型游戏产品、3D遥控器和可携式导航设备等产品中实现以下功能——运动感测游戏现实增强电子稳像光学稳像行人导航器“零触控”手势用户接口姿势快捷方式车轮力传感器思考练习请举例说明实际生活中哪些场景使用到加速度传感器？并加以说明。0102030401控制视频游戏等电玩02遥控车04机器人03无人机摇杆通常用于——03.遥杆传感器3.1.概述摇杆是一种常见的输入设备，它由一根可在基座上旋转、检测其所控制的设备的角度或方向的操纵杆组成。如图所示，为PS2游戏双轴摇杆传感器模块，它由采用原装优质金属PS2摇杆电位器制作，具有——图：双轴遥杆传感器2轴（X,Y）模拟输出1路(Z)按钮数字输出方便配合树莓派扩展板使用两个电位器随着摇杆扭转角度分别输出X、Y轴上对应的电阻值，外加电压后转换为电压输出，在Z轴方向上按下摇杆可触发轻触按键。双轴遥杆的结构双轴按键摇杆模块主要组成两个电位器（表示X轴和Y轴）一个按键开关组成在配套机械结构的作用下，无外力扭动的摇杆初始状态下，两个电位器都处在量程的中间位置。PS2游戏摇杆组合一个按钮两个电位计它就是两个电位器和按键的组合体。4任务概述储备知识任务实施任务目标231TASKONE任务一三轴加速度传感器选型与检测04.双轴摇杆的检测任务实施04.双轴摇杆的检测4.1.X轴遥杆的检测使用数字万用表20KΩ挡，面向模块的编号（例如：HW-504）,将黑表笔接GND端口，红表笔接VRx。遥杆处于中间状态（没有移位）时电阻值为3.5KΩ摇动遥杆往左边，可以测得电阻值逐渐减小当遥杆到达最左边位置时，阻值为0接着摇动遥杆往右边，可以测得电阻值逐渐减增大（线性变化）当遥杆到达最右边位置时，阻值为5KΩ模块接上5V电压后，调整数字万用表的挡位为20V直流挡，测量VRx和GND之前的电压，随着遥杆从最左边到最右边，电压值逐渐由0增大到5V。4.2.Y轴遥杆的检测使用数字万用表20KΩ挡，面向模块的编号（例如：HW-504）,将黑表笔接GND端口，红表笔接VRy。遥杆处于中间状态（没有移位）时电阻值为4KΩ摇动遥杆往上边，可以测得电阻值逐渐减小当遥杆到达最左边位置时，阻值为0接着摇动遥杆往下边，可以测得电阻值逐渐减增大（线性变化）当遥杆到达最右边位置时，阻值为5KΩ模块接上5V电压后，调整数字万用表的挡位为20V直流挡，测量VRy和GND之前的电压，随着遥杆从最上边到最下边，电压值逐渐由0增大到5V。4.3.遥杆开关的检测使用数字万用表蜂鸣挡,将黑表笔接G