[發明專利]一種三維加速度測量方法和裝置

在審

• 申請號: 201410364554.X
• 申請日: 2014-07-25
• 公開（公告）號: CN105319395A
• 公開（公告）日: 2016-02-10
• 發明（設計）人: 崔胡晉
• 申請（專利權）人: 崔胡晉
• 主分類號: G01P15/18
• 分類號: G01P15/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種三維加速度測量方法和裝置，屬于運動學、力學、電子學的測量儀器技術領域。

背景技術

將加速度傳感器應用于體育運動之中，可以用于獲取運動員的速度和力量等信息，可以對運動員的反應能力和加速度進行測定，對運動員的訓練有很大的幫助作用。

以前對運動員反應能力的測定，大多是通過簡單的對聲光反應時間的測定方法，或者是通過計算機模擬測定的方法對運動員進行反應能力的測試。但是這些測試方法受外界環境和人的主觀心理因素的影響較大，誤差較大，不能準確客觀地反映運動員在運動中的神經反應的能力。

本發明的一種三維加速度測量方法和裝置，可通過對運動員聽到發令后的運動加速度的測量，掌握每一個運動員的神經和運動反應的情況，以提高運動員聽發令槍后的起跑速度。本發明采用了較先進的三維加速度傳感器，結合聲音檢測和單片機控制系統，不但可以在運動場上直接、精確地測定運動員的起跑反應和加速度，而且還可以對加速度進行分析和綜合，能促進運動員加速度的研究以及提高運動員的訓練水平，為運動員的選材和訓練提供科學的參考依據。同時本發明也適用于力學、電子學等課程的實驗領域。

發明內容

本發明針對現有測量儀器的不足，提出結合了液晶顯示屏、三維加速度傳感器和單片機控制電路的一種三維加速度測量方法和裝置，測量方法結合三維加速度傳感器、聲音檢測電路、單片機控制電路和液晶顯示屏電路，測量裝置上設置有加速度測量電路盒和彈性固定掛扣。

本測量方法的單片機采用ARM系列的LPC2129，通過它的捕獲通道和ADC通道實現對三維方向的加速度進行同時測量和獲取，它是一種高性能32位單片機，帶有256KB嵌入的高速Flash存儲器、128位寬度的存儲器接口、4個32位定時器、8路10位ADC、2路CAN、PWM通道和9個外部中斷，其獨特的加速結構使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行，而且具有極低的功耗，適用于要求嚴格的實時控制場合。

本測量方法的三維加速度傳感器采用飛思卡爾半導體公司的MMA7260，它是一款單芯片三維高靈敏度加速度傳感器，基于表面微機械結構，集成信號調理電路、單極點低通濾波器和溫度補償部分，并且具有4種不同的靈敏度選擇模式。MMA7260Q能在XYZ三個軸向上以極高的靈敏度測量加速度的變化。它采用2.2～3.6V單電源供電，工作電流小于500μA(睡眠模式僅有3μA)，可測量0～350Hz、-6g～+6g范圍內動態或靜態加速度。

本測量方法采用以LM358芯片為主的聲音檢測電路，聲音檢測電路在沒有檢測到聲音時，其輸出端為高電平，當麥克風接收到一定強度的聲音信號時，其輸出端變為低電平，電路輸出信號接到單片機。

聲音檢測電路用來檢測發令槍的聲音，作為對加速度傳感器測量的起始。聲音檢測電路設計的重點是濾除噪音信號，當檢測到發令槍槍聲時產生一個脈沖信號，單片機識別后計數器開始計數。模塊的電路和相關參數由多次實驗后進行調整和確定。

彈性固定掛扣采用金屬片制成，以保證有較好的彈性，并由螺釘與電路盒固定，彈性固定掛扣用于方便連接運動員臂帶或腰帶。

測量電路盒主機的液晶顯示屏具有電源按鈕和兩個顯示按鈕。

附圖說明

圖1是三維加速度測量裝置圖，其中的1是液晶顯示屏，2是加速度測量電路盒，3是液晶顯示按鈕，4是液晶電源按鈕。

圖2是三維加速度測量裝置側面圖，其中的5是彈性固定掛扣。

圖3是信號處理電路。

圖4是聲音檢測電路。

具體實施方式

結合附圖，下面具體說明加速度測量方法和裝置的工作過程和電路調節情況。

三維加速度傳感器收到聲音信號后，開始感應運動員的運動，并把運動的變化轉換為電壓的變化，再經測量電路放大、濾波和傳感信號的調理，A/D模數轉換器轉換等，最后由單片機系統處理并對數據進行存儲和顯示。三維方向加速度信息獲取和處理電路主要利用32位高性能ARM單片機LPC2129，通過它的捕獲通道和ADC通道實現對運動員三維方向運動加速度的同時測量和獲取。

測量方法通過使用LPC2129定時器中斷來捕獲加速度信號，同時觸發ADC中斷，以完成對加速度信號的測量。它由內部定時器計數溢出引發，由單片機發出采用中斷處理請求，然后啟動ADC模塊，完成A/D轉換功能。同時為了保存采集的數據，在單片機內部SRAM中開辟一段環形存儲區，以保證數據能夠得到及時的處理，也節省了內存空間。最后將采集到的三維振動加速度信息分別進行處理，經驅動后由液晶屏顯示。

聲音檢測電路的靈敏度可以進行調節，調節電位器RP5，當環境噪聲比較大時，應降低靈敏度，當環境噪聲比較小時，可以提高靈敏度。