iMEMS加速度傳感器ADXL345

　　iMEMS 半導體技術把微型機械結構與電子電路集成在同一顆芯片上。iMEMS加速度傳感器就是利用這種技術，實現對單軸、雙軸甚至三軸加速度進行測量并產生模擬或數字輸出的傳感器。根據不同的應用，加速度傳感器的測量范圍從幾g到幾十g不等。數字輸出的加速度傳感器還會集成多種中斷模式。這些特性可以為用戶提供更加方便靈活的解決方案。

　　ADXL345是ADI公司最近推出的基于iMEMS技術的3軸、數字輸出加速度傳感器。ADXL345具有+/-2g，+/-4g，+/-8g，+/-16g可變的測量范圍;最高13bit分辨率;固定的4mg/LSB靈敏度;3mm*5mm*1mm超小封裝;40-145uA超低功耗;標準的I2C或SPI數字接口;32級FIFO存儲;以及內部多種運動狀態檢測和靈活的中斷方式等特性。所有這些特性，使得ADXL345有助于大大簡化跌倒檢測算法，使其成為一款非常適合用于跌倒檢測器應用的加速度傳感器。

　　本文給出的跌倒檢測解決方案，完全基于ADXL345內部的運動狀態檢測功能和中斷功能，甚至不需要對加速度的具體數值進行實時讀取和復雜的計算操作，可以使算法的復雜度降至最低。

　　中斷系統

　　圖1給出了ADXL345的系統框圖及管腳定義。

　　圖1 ADXL345系統框圖及管腳定義

　　ADXL345具有兩個可編程的中斷管腳：Int1和Int2。以及Data_Ready、Single_Tap、Double_Tap、Activity、Inactivity、Free_Fall、Watermark、Overrun，共計8個中斷源。每個中斷源可以獨立地使能或禁用，還可以靈活地選擇是否映射到Int1或Int2中斷管腳。所有的功能都可以同時使用，只是某些功能可能需要共用中斷管腳。中斷功能通過INT_ENABLE寄存器的相應位來選擇使能或禁用，通過INT_MAP寄存器的相應位來選擇映射到Int1管腳或Int2管腳。中斷功能的具體定義如下：

　　1. Data_Ready 當有新的數據產生時，Data_Ready中斷置位;當沒有新的數據時，Data_Ready中斷清除。

　　2. Single_Tap 當加速度值超過一定門限(THRESH_TAP)并且持續時間小于一定時間范圍(DUR)的時候，Single_Tap中斷置位。

　　3. Double_Tap 當第一次Single_Tap事件發生后，在一定時間(LATENT)之后，并在一定時間(WINDOW)之內，又發生第二次Single_Tap事件時，Double _Tap中斷置位。

　　圖2給出了有效的Single_Tap中斷和Double _Tap中斷的示意圖。

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　　圖2 Single_Tap和Double _Tap中斷示意

　　4. Activity 當加速度值超過一定門限(THRESH_ACT)時，Activity中斷置位。

　　5. Inactivity 當加速度值低于一定門限(THRESH_INACT)并且持續超過一定時間(TIME_INACT)時，Inactivity中斷置位。TIME_INACT可以設定的最長時間為255s。

　　需要指出的是，對于Activity和Inactivity中斷，用戶可以針對X、Y、Z軸來分別進行使能或禁用。比如，可以只使能X軸的Activity中斷，而禁用Y軸和Z軸的Activity中斷。

　　另外，對于Activity和Inactivity中斷，用戶還可以自由選擇DC coupled工作方式或者AC coupled工作方式。其區別在于，DC coupled工作方式下，每個采樣點的加速度值將直接與門限(THRESH_ACT或THRESH_INACT)進行比較，來判斷是否發生中斷;而AC coupled工作方式下，新的采樣點將以之前的某個采樣點為參考，用兩個采樣點的差值與門限(THRESH_ACT或THRESH_INACT)進行比較，來判斷是否發生中斷。AC coupled工作方式下的Activity檢測，是選擇檢測開始時的那一個采樣點作為參考，以后每個采樣點的加速度值都與參考點進行比較。如果它們的差值超過門限(THRESH_ACT)，則Activity中斷置位。AC coupled工作方式下的Inctivity檢測，同樣要選擇一個參考點。如果新采樣點與參考點的加速度差值超過門限(THRESH_INACT)，參考點會被該采樣點更新。如果新采樣點與參考點的加速度差值小于門限(THRESH_INACT)，并且持續超過一定時間(TIME_INACT)，則Inctivity置位。

　　6. Free_Fall 當加速度值低于一定門限(THRESH_FF)并且持續超過一定時間(TIME_FF)時，Free_Fall中斷置位。與Inactivity中斷的區別在于，Free_Fall中斷主要用于對自由落體運動的檢測。因此， X、Y、Z軸總是同時被使能或禁用;其時間設定也比Inactivity中斷中要小很多，TIME_FF可以設定的最大值為1.28s;而且Free_Fall中斷只能是DC coupled工作方式。

　　7. Watermark 當FIFO里所存的采樣點超過一定點數(SAMPLES)時，Watermark中斷置位。當FIFO里的采樣點被讀取，使得其中保存的采樣點數小于該數值(SAMPLES)時，Watermark中斷自動清除。

　　需要指出的是，ADXL345的FIFO最多可以存儲32個采樣點(X、Y、Z三軸數值)，且具有Bypass模式、普通FIFO模式、Stream模式和Trigger模式，一共4種工作模式。FIFO功能也是ADXL345的一個重要且十分有用的功能。但是本文后面給出的解決方案中，并沒有使用到FIFO功能，所以，在此不做詳細介紹。

　　8. Overrun 當有新采樣點更新了未被讀取得前次采樣點時，Overrun中斷置位。 Overrun功能與FIFO的工作模式有關，當FIFO工作在Bypass模式下，如果有新采樣點更新了DATAX、DATAY和DATAZ寄存器里的數值，則Overrun中斷置位。當FIFO工作在其他三種模式下，只有FIFO被存滿32點時，Overrun中斷才會置位。FIFO里的采樣點被讀取后，Overrun中斷自動清除。