基于三軸加速度傳感器的老人摔倒檢測

摘要：老人因意外摔倒不能及時(shí)救助會(huì )造成嚴重的后果，發(fā)生意外時(shí)若能及時(shí)通知救援人員，可大大降低摔倒后的危險程度。三軸加速度傳感器能夠采集分析人體摔倒時(shí)三個(gè)方向的加速度變化特征，以判斷老人是否摔倒。主要分析了三軸加速度傳感器ADXL345的特點(diǎn)及工作原理，最后提出一種檢測老人意外摔倒的方案。
關(guān)鍵詞：三軸加速度傳感器；中斷閾值判斷；老人摔倒檢測；加速度變化

1 加速度傳感器
1．1 定 義
加速度傳感器是一種能夠測量加速力的電子設備。加速力就是當物體在加速過(guò)程中作用在物體上的力，就好比地球引力，也就是重力。加速度計有兩種：一種是角加速度計，是由陀螺儀(角速度傳感器)的改進(jìn)的。另一種就是線(xiàn)加速度計。
1．2 加速傳感器的工作原理
加速度傳感器會(huì )接受外界傳遞的物理性輸入，通過(guò)感測器轉換為電子信號，再最終轉換為可用的信息。主要感應方式是對微小物理量的變化進(jìn)行測量，再通過(guò)電壓信號來(lái)表示這些變化量。

2 三軸加速度傳感器ADXL345
2．1 概述
ADXL345是ADI公司推出的基于MEMS技術(shù)的數字輸出的三軸加速度傳感器。ADXL345具有±2g，±4g，±8g，±16g可變的測量范圍；最高13 b分辨率測量；固定的4 mg／LSB靈敏度；3 mm×5 mm×1 mm超小封裝；40～145 μA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(dòng)狀態(tài)檢測和靈活的中斷方式等特性。這些特性使其成為一款非常適合用于摔倒檢測的加速度傳感器。
2．2 工作原理
ADXL345首先由前端感應器件感應測得加速度的大小，然后由感應電信號器件轉為可識別的電信號，這個(gè)信號是模擬信號。ADXL345集成的A／D裝換器將此模擬信號轉換為數字信號。在計算機中，數字信號一律用補碼的形式表示，在此也一樣，A／D轉換器輸出的是16位的二進(jìn)制補碼。經(jīng)過(guò)數字濾波器的濾波后，在控制和中斷邏輯單元的控制下訪(fǎng)問(wèn)32級FIFO，通過(guò)串行接口讀取數據。ADXL345的控制命令也是通過(guò)接收來(lái)自串口的讀寫(xiě)命令來(lái)實(shí)現的，這主要是對寄存器的操作。

3 ADXL345與微控制器的通信
ADXL345為用戶(hù)提供了兩種與微控制器的通信方式：SPI和I2C。本文采用基于嵌入式的S3C2410微控制器與三軸加速度傳感器ADXL345的連接來(lái)詳細講述ADXL345的SPI通信方式。

3．1 ADXL345的SPI通信過(guò)程
SPI的最高時(shí)鐘為5 MHz，通信開(kāi)始時(shí)主MCU選擇CS置位，CS復位則通信結束，SCLK由主MCU提供串行時(shí)鐘。SDI與SDO是串行數據輸入與輸出，它們分別在時(shí)鐘的上升沿獲取數據。一次通信過(guò)程中讀寫(xiě)多字節必須要設定MB位(Multiple—byte Bit)，在讀取完第一個(gè)寄存器的數據后ADXL345會(huì )自動(dòng)將地址指向下一個(gè)寄存器。ADXL345輸出16位二進(jìn)制補碼，每個(gè)軸都分配了2 B輸出數據寄存器，共6個(gè)，地址為0X32-0X27，這樣會(huì )連續輸出6 B數據。但對地址非連續的寄存器進(jìn)行操作必須通過(guò)CS停止通信并單獨設定下一個(gè)要操作的寄存器地址，然后再建立通信。所以通過(guò)SPI讀取ADXL345采集的數據只能連續讀取6 B數據，然后地址返回0X32繼續讀取6 B數據。
3．2 S3C2410的接口特點(diǎn)
S3C2410有2個(gè)串行外圍設備接口(SPI)，每個(gè)SPI接口都有2個(gè)分別用于發(fā)送和接收的8位移位寄存器。在SPI通信中，數據同時(shí)被發(fā)送(串行移出)和接收(串行移入)，8位串行數據的傳輸速率由相關(guān)的控制寄存器決定。
SPI的接口特性：與SPI接口協(xié)議V2．11兼容；8位用于發(fā)送的移位寄存器；8位用于接收的移位寄存器；8位預分頻邏輯；查詢(xún)、中斷和DMA傳送模式。
3．3 接口連接
根據ADXL345工作原理和S3C2410的接口特點(diǎn)，把S3C2410的SPI配置為主設備，完成對ADXL345的接口設計，硬件連接如圖2所示。

SPI MOSI作為主設備的輸出，SPI MISO作為主設備的輸入，SPI CLK用作SPI通信的串行時(shí)鐘。且S3C2410支持4種不同的傳輸格式，可以保證主從設備時(shí)序的一致性。
S3C2410的SPI接口操作：通過(guò)SPI接口S3C2410可以與ADXL345同時(shí)發(fā)送和接收8位數據。串行時(shí)鐘線(xiàn)與兩條數據線(xiàn)同步，用于移位和數據采樣。