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设计经验:如何用三轴加速度传感器检测倾斜角?

在前两篇文章中,我们介绍了单/双轴加速度传感器在来检测倾斜角上的应用。本文在前两篇的基础上继续深入探讨,比较使用三轴加速度传感器与使用单/双轴加速度传感器有什么优点,以及如何使用Digi-Key的技术资源来加速设计进程。

本系列相关文章:

三轴加速度传感器的优点

  • 全面掌握物体的运动状态

双轴加速传感器可以保证XY平面上的倾斜角检测。但是在实际应用中,很难保证倾斜只发生在XY平面。加上第三条轴之后,便可全面掌握物体的运动状态。三轴加速度传感器除了像双轴加速度传感器一样,可以分别计算出在XY平面、YZ平面、XZ平面的倾斜角外。还可以计算出每条轴与参考位置的夹角。

图1, XYZ三轴与参考位置的夹角

  • ¡θ 水平面与X轴夹角
  • ¡Ψ 水平面与Y轴夹角
  • ¡Φ 重力矢量与Z轴夹角

引入参考位置的概念,一般把参考位置设置为:z轴上重力分量为1,而XY轴上没有重力分量的位置。此时θ、Ψ、Φ的角度为0。通过计算θ、Ψ、Φ三个角度,便可知道物体的运动状态。

图2 ,XYZ三轴与参考位置的夹角计算公式

  • 检测倾斜角:三种加速度传感器比较

该使用哪种加速度传感器,应根据具体的应用要求而定,比如检测倾斜角范围、检测对象在XYZ三轴运动上是否有限定、检测精度要求等等。

   单轴加速度传感器 双轴加速度传感器 三轴加速度传感器
特点 有限角度检测

灵敏度基本恒定

降低与重力平面对齐的要求

XY平面360°倾斜角检测
全面掌握物体的运动状态

使用Digi-Key技术资源加速设计进程

  • 寻找加速度传感器匹配评估板

灵活应用评估板,可以达到事半功倍的效果。

举个例子, ADI三轴加速度传感器ADXL355BEZ配套的评估板可以在Digi-Key的产品页面中配用栏中找到匹配的评估板EVAL-ADXL355Z。也可以通过ADI 加速度传感器选择与开发板选择页面中最后一栏中找到对应的开发板。

图3 ,ADI加速度传感器选择与开发板选择页面

  • 加速度传感器符号库与封装库

KiCad是一种开源免费的电子设计自动化 (EDA) 工具,能满足基本的原理图与PCB板设计功能,Digi-Key推出自己的Digi-Key KiCad 电子元器件库,帮助加速设计进程。其中包括多个ADI加速度传感器的原理图库与封装库。举例:ADI ADXL335BCPZ-RL7

图4 ,Digi-Key KiCad符号库 - ADI ADXL335BCPZ-RL7

图5,Digi-Key KiCad封装库 - ADI ADXL335BCPZ-RL7

本文小结

本系列文章仅仅讨论了检测倾斜角一个方面的应用。如果在实际应用中需要考虑更多的应用,通常要收集分析整理各个方面的信息。此时三轴加速度传感器的功能往往是单轴/双轴加速度传感器无法替代的。

参考文献:

关于此作者

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Alan Yang 是Digi-Key Electronics在上海的应用工程师,负责分享解决方案和业内技术,以协助客户进行项目设计。他拥有5年的仪器仪表行业电路设计方面的经验,擅长于小信号放大电路的设计开发。Alan毕业于上海理工大学。拥有两个学位,医学影像工程与工商管理。闲暇时,兴趣爱好广泛。喜欢旅行,话剧,阿卡贝拉。

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