一、加速度傳感器工作原理

? ? ? ?加速度傳感器自然是對(duì)自身器件的加速度進(jìn)行檢測(cè)。其自身的物理實(shí)現(xiàn)方式咱們就不去展開了，可以想象芯片內(nèi)部有一個(gè)真空區(qū)域，感應(yīng)器件即處于該區(qū)域，其通過(guò)慣性力作用引起電壓變化，并通過(guò)內(nèi)部的ADC給出量化數(shù)值。

? ? ? ?Lis3dh是三軸加速度傳感器，因此其能檢測(cè)X、Y、Z的加速度數(shù)據(jù)，如下圖：

?

?

?

? ? ? ?在靜止的狀態(tài)下，傳感器一定會(huì)在一個(gè)方向重力的作用，因此有一個(gè)軸的數(shù)據(jù)是1g（即9.8米/秒的二次）。在實(shí)際的應(yīng)用中，我們并不使用跟9.8相關(guān)的計(jì)算方法，而是以1g作為標(biāo)準(zhǔn)加速度單位，或者使用1/1000g，即mg。既然是ADC轉(zhuǎn)換，那么肯定會(huì)有量程和精度的概念。在量程方面，Lis3dh支持（+-）2g/4g/8g/16g四種。一般作為計(jì)步應(yīng)用來(lái)說(shuō)，2g是足夠的，除去重力加速度1g，還能檢測(cè)出1g的加速度。至于精度，那就跟其使用的寄存器位數(shù)有關(guān)了。Lis3dh使用高低兩個(gè)8位（共16位）寄存器來(lái)存取一個(gè)軸的當(dāng)前讀數(shù)。由于有正反兩個(gè)方向的加速度，所以16位數(shù)是有符號(hào)整型，實(shí)際數(shù)值是15位。以（+-）2g量程來(lái)算，精度為2g/2^15= 2000mg/32768 =0.061mg。

? ? ? ?當(dāng)以上圖所示的靜止?fàn)顟B(tài)，z軸正方向會(huì)檢測(cè)出1g，X、Y軸為0.如果調(diào)轉(zhuǎn)位置（如手機(jī)屏幕翻轉(zhuǎn)），那總會(huì)有一個(gè)軸會(huì)檢測(cè)出1g，其他軸為0，在實(shí)際的測(cè)值中，可能并不是0，而是有細(xì)微數(shù)值。

? ? ? ?在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，x，y，z軸都會(huì)發(fā)生變化。計(jì)步運(yùn)動(dòng)也有其固有的數(shù)值規(guī)律，因?yàn)檫~步過(guò)程也有抬腳和放腳的規(guī)律過(guò)程，如下圖?！澳_蹬離地是一步的開始，此時(shí)由于地面的反作用力，垂直方向加速度開始增大，當(dāng)腳達(dá)到最高位置時(shí)，垂直方向加速度達(dá)到最大；然后腳向下運(yùn)動(dòng)，垂直加速度開始減小，直到腳著地，垂直加速度減到最小值。接著下一步邁步。前向加速度由腳與地面的摩擦力產(chǎn)生，雙腳觸地時(shí)增大，一腳離地時(shí)減小。”[此處引用韓文正等人發(fā)表的《基于加速度傳感器LIS3DH的計(jì)步器設(shè)計(jì)》]。

?

?

? ? ? ?二、理解加速度傳感器的一個(gè)坐標(biāo)系誤區(qū)

? ? ? ?意法半導(dǎo)體針對(duì)LIS3DH發(fā)布兩個(gè)文檔，官方規(guī)格書和應(yīng)用設(shè)計(jì)指導(dǎo)。單獨(dú)提出這點(diǎn)是因?yàn)楸救酥霸谑褂肔IS3DH時(shí)可能是太久沒(méi)有運(yùn)用過(guò)立體幾何思維，導(dǎo)致在X,Y,Z坐標(biāo)系上混淆概念，對(duì)位置識(shí)別遲遲沒(méi)能理解，現(xiàn)在指出這個(gè)誤區(qū)。

? ? ? ?下圖的X,Y,Z除了代表我們所認(rèn)識(shí)的三維坐標(biāo)系外，還有一個(gè)重要的認(rèn)知，那就是X,Y,Z軸對(duì)應(yīng)的寄存器分別按照芯片圖示（以芯片的圓點(diǎn)來(lái)確定）的方向來(lái)測(cè)加速度值，而不管芯片的位置如何，即X,Y,Z軸對(duì)應(yīng)的三個(gè)寄存器總是以這樣工作的：Z軸寄存器測(cè)芯片垂直方向的數(shù)據(jù)、Y軸測(cè)芯片左右方的數(shù)據(jù)、X軸測(cè)芯片前后的數(shù)據(jù)（前后左右的定義可能不夠形象，大家能理解就好）。例如，圖示靜止?fàn)顟B(tài)下，X軸寄存器測(cè)芯片前后方向的加速度；如果芯片如右邊圖示靜止時(shí)，X軸寄存器測(cè)的是坐標(biāo)系的Z軸方向加速度。

?

?

? ? ? ?三、LIS3DH內(nèi)置硬件算法工作原理

? ? ? ?由于計(jì)步等場(chǎng)景是需要先讀取底層X(jué),Y,Z軸數(shù)據(jù)再進(jìn)行處理的，所以我們這里不去探討這個(gè)算法。這里主要闡述如何利用LIS3DH內(nèi)置的硬件算法來(lái)檢測(cè)常用的場(chǎng)景。

? ? ? ?LIS3DH的內(nèi)置硬件算法主要由2個(gè)參數(shù)和1個(gè)模式選擇來(lái)確定。2個(gè)參數(shù)分別是閾值和持續(xù)時(shí)間。例如，在靜止的時(shí)候我們要去檢測(cè)芯片的運(yùn)動(dòng)（wakeup）時(shí)，我們可以設(shè)定一個(gè)運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的閾值，并且要求芯片檢測(cè)數(shù)據(jù)在超過(guò)這個(gè)閾值時(shí)要持續(xù)一定的時(shí)間才可以認(rèn)為芯片是運(yùn)動(dòng)的。內(nèi)置算法基本都是基于閾值和持續(xù)時(shí)間來(lái)進(jìn)行檢測(cè)的。

? ? ? ?LIS3DH一共有兩套能夠同時(shí)工作的硬件算法電路，一種是專門針對(duì)單擊、雙擊這種場(chǎng)景，如鼠標(biāo)應(yīng)用，另一種是針對(duì)其他所有場(chǎng)景的，如靜止運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、運(yùn)動(dòng)方向識(shí)別、位置識(shí)別等等。這里我們主要講述后者，其有四種工作模式：

?

?

? ? ? ?第一種：OR或電路，即X,Y,Z任一軸數(shù)據(jù)超過(guò)閾值即可完成檢測(cè)。

? ? ? ?第二種：AND與電路，即X,Y,Z所有軸的數(shù)據(jù)均超過(guò)閾值才能完成檢測(cè)。當(dāng)然，其也允許只檢測(cè)任意兩個(gè)軸或者一個(gè)軸，不檢測(cè)的軸的閾值檢測(cè)可以認(rèn)為是永遠(yuǎn)為真。

? ? ? ?以上兩種電路的閾值比較圖示如下，閾值比較是絕對(duì)值比較，沒(méi)有方向之分。不管在正方向還是負(fù)方向，只要絕對(duì)值超過(guò)閾值，那么XH(YH、ZH)為1，此時(shí)相應(yīng)的XL(YL、ZL)為0；否則XL(YL、ZL)為1，相應(yīng)的XH(YH、ZH)為0。XH(YH、ZH)、XL(YL、ZL)可以認(rèn)為是檢測(cè)條件是否滿足的pending指示位。

?

?

? ? ? ?第三種和第四種是一個(gè)物體六個(gè)方向的檢測(cè)，movement檢測(cè)芯片的運(yùn)動(dòng)方向變化，即從一種方向變化到另一種方向；而position檢測(cè)芯片穩(wěn)定為一種確定的方向（如穩(wěn)定為平放朝上、平放朝下、豎立前后左右）等等。

? ? ? ?其閾值比較電路如下，該閾值比較使用正負(fù)數(shù)真實(shí)數(shù)據(jù)比較。正方向超過(guò)閾值，則XH(YH、ZH)為1，否則為0；負(fù)方向超過(guò)閾值，XL(YL、ZL)為1，否則為0。XH(YH、ZH)、XL(YL、ZL)代表了六個(gè)方向。由于靜止穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，只有一個(gè)方向有重力加速度，因此可以據(jù)此知道當(dāng)時(shí)芯片的位置姿勢(shì)。

?

?

? ? ? ?四、加速度傳感器應(yīng)用

? ? ? ?如果能夠理解第三部分的工作原理，那么也能夠很好理解以下的應(yīng)用。

? ? ? ?1.靜止時(shí)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)檢測(cè)

? ? ? ?使用OR電路工作方式，設(shè)置一個(gè)較小的運(yùn)動(dòng)閾值，只檢測(cè)X,Y軸數(shù)據(jù)是否超過(guò)該閾值（Z軸這時(shí)有1g，咱不管這個(gè)軸了）即可。只要X,Y任一軸數(shù)據(jù)超過(guò)閾值一定時(shí)間即認(rèn)為設(shè)備處于wakeup狀態(tài)了。

? ? ? ?2.失重檢測(cè)

? ? ? ?失重時(shí)Z軸的加速度和重力加速度抵消，在短時(shí)間內(nèi)會(huì)為0，而且X,Y軸沒(méi)有變化，因此在短時(shí)間內(nèi)三者都為0。這里使用AND電路工作方式，設(shè)置一個(gè)較小的運(yùn)動(dòng)閾值，當(dāng)三個(gè)方向的數(shù)據(jù)都小于閾值一定時(shí)間時(shí)即認(rèn)為是失重。

? ? ? ?3.位置姿勢(shì)識(shí)別

? ? ? ?例如手機(jī)翻轉(zhuǎn)等應(yīng)用場(chǎng)景就是利用這個(gè)特性。這里在第三部分講解工作原理時(shí)已經(jīng)講得很清楚了。?

有了以上理解，以后在使用LIS3DH時(shí)直接找寄存器填數(shù)值就可以完成功能啦。