加速度传感器工作原理及应用

可穿戴设备当中传感器至关重要，其中的加速度传感器能够完成位置及姿势的识别。本文通过对三轴传感器工作原理的解析，帮助读者更好的理解加速度传感器的应用。

一、加速度传感器工作原理

加速度传感器自然是对自身器件的加速度进行检测。其自身的物理实现方式咱们就不去展开了，可以想象芯片内部有一个真空区域，感应器件即处于该区域，其通过惯性力作用引起电压变化，并通过内部的ADC给出量化数值。

对于三轴加速度传感器，其能检测X、Y、Z的加速度数据，如下图：

在静止的状态下，传感器一定会在一个方向重力的作用，因此有一个轴的数据是1g（即9.8米/秒的二次）。在实际的应用中，我们并不使用跟9.8相关的计算方法，而是以1g作为标准加速度单位，或者使用1/1000g，即mg。既然是ADC转换，那么肯定会有量程和精度的概念。在量程方面，Lis3dh支持（+-）2g/4g/8g/16g四种。一般作为计步应用来说，2g是足够的，除去重力加速度1g，还能检测出1g的加速度。至于精度，那就跟其使用的寄存器位数有关了。Lis3dh使用高低两个8位（共16位）寄存器来存取一个轴的当前读数。由于有正反两个方向的加速度，所以16位数是有符号整型，实际数值是15位。以（+-）2g量程来算，精度为2g/2^15= 2000mg/32768 =0.061mg。

当以上图所示的静止状态，z轴正方向会检测出1g，X、Y轴为0.如果调转位置（如手机屏幕翻转），那总会有一个轴会检测出1g，其他轴为0，在实际的测值中，可能并不是0，而是有细微数值。

在运动过程中，x，y，z轴都会发生变化。计步运动也有其固有的数值规律，因为迈步过程也有抬脚和放脚的规律过程，如下图。“脚蹬离地是一步的开始，此时由于地面的反作用力，垂直方向加速度开始增大，当脚达到最高位置时，垂直方向加速度达到最大；然后脚向下运动，垂直加速度开始减小，直到脚着地，垂直加速度减到最小值。接着下一步迈步。前向加速度由脚与地面的摩擦力产生，双脚触地时增大，一脚离地时减小。”

二、加速度传感器应用

1. 静止时进行运动检测

使用OR电路工作方式，设置一个较小的运动阈值，只检测X，Y轴数据是否超过该阈值（Z轴这时有1g，咱不管这个轴了）即可。只要X，Y任一轴数据超过阈值一定时间即认为设备处于wakeup状态了。

2. 失重检测

失重时Z轴的加速度和重力加速度抵消，在短时间内会为0，而且X，Y轴没有变化，因此在短时间内三者都为0。这里使用AND电路工作方式，设置一个较小的运动阈值，当三个方向的数据都小于阈值一定时间时即认为是失重。

3. 位置姿势识别

例如手机翻转等应用场景就是利用这个特性。