MEMS六軸傳感器的可穿戴設備電路設計—電路精選（37）

現在市面上的可穿戴設備越來(lái)越多，對于可穿戴設備，尤其是手腕式的可穿戴設備的競爭日益激烈。對于可穿戴設備的研究核心在于可穿戴傳感器的研究?？纱┐髟O備的功能日趨強大與其內部使用的可穿戴傳感器數量的增加和性能提高息息相關(guān)。

本文基于MEMS六軸傳感器技術(shù)，目的在于設計出一套可以用于運動(dòng)軌跡檢測的可穿戴設備。利用現有的藍牙4.0 技術(shù)，將六軸傳感器收集到的數據實(shí)時(shí)傳送到上位機，通過(guò)MATLAB 等仿真軟件以及合理的數據處理，得到最接近現實(shí)的運動(dòng)軌跡。

工作原理及電路原理

MEMS六軸傳感器工作原理

MEMS慣性傳感器采用集成電路的工藝，以其獨特的加工工藝區別于其他慣性傳感器。優(yōu)點(diǎn)在于可靠性高、制造成本低廉、并且壽命更長(cháng)。同時(shí)還具有重量輕、易集成、耗電量低、體積小、能大批量生產(chǎn)的特點(diǎn)。MEMS 傳感器在同一個(gè)芯片上進(jìn)行信號傳輸前可放大信號，提高信號水平，減小干擾和傳輸噪聲。特別是同一芯片上進(jìn)行A/D 轉換時(shí)，更能改善信噪比。

圖1 加速度傳感器的工作原理圖

MEMS 六軸傳感器是由一個(gè)三軸陀螺儀傳感器和一個(gè)三軸加速計傳感器集成在同一個(gè)芯片上，可以實(shí)時(shí)輸出陀螺儀和加速計讀取到的數據。加速計的原理和傳統的原理形似。三軸陀螺儀的工作原理則與傳統的陀螺儀原理不同，傳統的陀螺儀理論依據是角動(dòng)量守恒定律。不停轉動(dòng)的物體，他的轉軸指向是不隨它原本的支架的轉動(dòng)而變化的。MEMS 陀螺儀是利用科里奧式力，物體被驅動(dòng)，不停的來(lái)回做頸向運動(dòng)，科里奧式力就不在橫向來(lái)回變化。

可穿戴硬件系統的設計

本硬件系統的主要組成是由傳感器的數據采集和藍牙射頻倆部分構成。傳感器部分主要由六軸傳感器MPU6050 和氣壓溫度傳感器BMP180，藍牙芯片選用TI 公司的CC2541。MPU6050 和BMP180 通過(guò)I2C 總線(xiàn)和CC2541相連，將采集到的數據傳輸給藍牙芯片。藍牙芯片再通過(guò)板子上的巴倫濾波器和陶瓷天線(xiàn)將收集到的數據傳輸出去。詳細系統原理圖2。將倆部分電路集成在同一個(gè)電路板在上，制作出一套開(kāi)穿戴開(kāi)發(fā)平臺，如圖3。通過(guò)這套自行研發(fā)的開(kāi)發(fā)平臺，可以做大量軌跡實(shí)驗，為下一步的軌跡模擬提供了實(shí)驗環(huán)境保證。

圖2（a）：系統電路原理圖CC2541 部分

圖2（b）：系統電路原理圖傳感器部分

圖3：可穿戴開(kāi)發(fā)設備

編者結語(yǔ)

本可穿戴開(kāi)發(fā)平臺設計是基于MEMS六軸傳感器MPU6050的基本原理，并且結合了藍牙的傳輸技術(shù)，可以方便、快速的將運動(dòng)采集到的數據快速的傳輸到PC 上。采集到的數據主要應用于后期可穿戴計算的研究。