Акселерометр в телефоне: что это такое, как его настроить и откалибровать

Содержание
  1. Принцип работы датчика
  2. Как работает МЭМС-акселерометр?
  3. Принцип работы
  4. Расположение выводов акселерометра ADXL335
  5. Какова функция G-сенсора
  6. Области использования
  7. Наиболее распространенные типы акселерометров
  8. Обзор аппаратного обеспечения акселерометра ADXL335
  9. Акселерометр в фитнес-браслетах и смарт-часах
  10. Функции G-сенсора в других гаджетах
  11. Настройка/калибровка акселерометра на смартфоне
  12. Калибровка Android
  13. Калибровка G-сенсора для игр
  14. Калибровка iPhone
  15. Как выглядит акселерометр?
  16. Где используется акселерометр?
  17. Как он включается и выключается
  18. Использование устройства
  19. Как откалибровать акселерометр
  20. Как проверить, есть ли в телефоне акселерометр
  21. Активация или деактивация датчика
  22. Разница между акселерометром и гироскопом
  23. Код Arduino — считывание показаний акселерометра ADXL335
  24. Как откалибровать акселерометр?
  25. Подключение акселерометра ADXL335 к Arduino UNO
  26. Преобразование показаний измерительного прибора ADXL335 в ускорение (g)
  27. Для чего используется акселерометр
  28. Причины неисправности акселерометра и устранение неполадок
  29. Сбой программного обеспечения
  30. 2. измерение наклона с помощью акселерометра
  31. Назначение

Принцип работы датчика

Пользователя, впервые встретившего термин «акселерометр» в списке функций смартфона, может заинтересовать, что это такое, как он работает и как выглядит. Ответ на эти вопросы прост — прибор, название которого происходит от латинского слова «accelero» («ускорять»), используется для измерения кажущегося ускорения.

Определяя это, датчик помогает программному обеспечению отслеживать положение телефона в пространстве и расстояние, на которое был перемещен мобильный гаджет.

Между тем, хотя некоторые пользователи знают, что такое акселерометр, они не отличают его от гироскопа. Фактически, оба датчика могут измерять одни и те же параметры, но они не могут полностью заменить друг друга.

Гироскоп в телефоне, с другой стороны, необходим для определения угла наклона гаджета относительно определенной плоскости. Акселерометр необходим для контроля положения в пространстве путем измерения ускорения движения. Эти два устройства вместе помогают программному обеспечению гаджета получить более точные показания.

Акселерометр в телефоне: что это такое, как он работает, как его настроить и откалибровать

Рисунок 1: Один из примеров акселерометра.

Обсуждая, как работает акселерометр и его назначение, стоит рассмотреть принцип работы этого классического устройства:

  1. Основная часть датчика представляет собой инертную массу (например, гирю), прикрепленную к упругой части.
  2. Упругая часть, например, пружина, крепится к неподвижному элементу.
  3. Пружина крепится к неподвижной части конструкции.
  4. Колебания нагрузки гасятся демпфером.
  5. Когда гаджет наклоняется, трясется или вращается, инерционная масса реагирует на силу инерции.
  6. Чем больше интенсивность и сила наклона, встряхивания или вращения, тем больше деформируется пружина.
  7. Когда масса возвращается в свое нормальное положение под действием пружины, уровень смещения от нормального положения фиксируется специальным датчиком.

Акселерометр в телефоне: что это такое, как он работает, как его настроить и откалибровать

Рисунок 2: Структура стандартного акселерометра.

С другой стороны, ответ на вопрос об акселерометре в телефоне — что это такое и как он выглядит — будет несколько иным. В данном случае это миниатюрный компонент на печатной плате с инертной массой внутри, который обычно выглядит как маленький черный квадрат.

Читайте также: Сброс пароля iCloud — как сделать это правильно без потери аккаунта

Основной принцип работы этого элемента не сильно отличается от стандартного — после изменения положения инертной массы определяется величина смещения, на основе которой рассчитываются показания положения гаджета. Такие датчики можно найти практически в каждом мобильном устройстве, будь то телефон или планшет.

Акселерометр в вашем телефоне: что это такое, как он работает, как его настроить и откалибровать.

Рисунок 3: Сенсор для смартфонов.

к оглавлению ↑

Как работает МЭМС-акселерометр?

Акселерометр MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) состоит из микромеханической структуры, размещенной на кремниевой пластине.

Внутренняя работа акселерометра MEMS ADXL335
Рисунок 4 — Внутренняя работа МЭМС-акселерометра ADXL335

Эта конструкция подвешена на поликремниевых пружинах. Это позволяет конструкции прогибаться при приложении ускорения к данной оси.

Вследствие прогиба изменяется емкость между неподвижными пластинами и пластинами, прикрепленными к подвесной конструкции. Это изменение емкости пропорционально ускорению вдоль этой оси.

Датчик обрабатывает это изменение емкости и преобразует его в аналоговое выходное напряжение.

Принцип работы

Образно говоря, акселерометр в смартфоне — это важный компонент для вывода высококачественных изображений. Однако его можно использовать и для других целей. Современные телефоны способны выполнять функции шагомера или отслеживать качество вашего сна по тому, как вы ворочаетесь под одеялом.

Посмотрите видео, в котором подробно объясняется, как работает акселерометр:

Расположение выводов акселерометра ADXL335

Прежде чем мы перейдем к рассмотрению соединений и примеров кода, давайте сначала посмотрим на распиновку модуля акселерометра.

Рисунок 6 Распиновка модуля акселерометра ADXL335
Рисунок 6 — Расположение выводов модуля акселерометра ADXL335

Контакт VCC обеспечивает питание акселерометра, который может быть подключен к 5 В на Arduino.

Выход X выдает аналоговое напряжение, пропорциональное ускорению, приложенному к оси X.

Выход Y выводит аналоговое напряжение, пропорциональное ускорению, приложенному к оси Y.

Выход Z выдает аналоговое напряжение, пропорциональное ускорению, приложенному к оси Z.

Контакт GND подключен к контакту GND на Arduino

Выводы ST (Self-Test) используются для управления функцией самотестирования. Эта функция подробно рассматривается в конце.

Какова функция G-сенсора

G-сенсоры используются для расширения возможностей и опций телефонов. Они делают их удобными, функциональными.

Для чего используется акселерометр? Он подходит для измерения расстояния перемещения устройства, для обнаружения отклонений в пространстве. Однако это далеко не все функции данного устройства.

Датчик выполняет следующие функции

  • Автоматически корректирует ориентацию дисплея при повороте гаджета;
  • Устройство необходимо для наклонов и различных манипуляций во время игр;
  • Благодаря датчикам гаджет может реагировать на определенные движения. Устройство также выполняет другие действия — переключает музыкальные треки, выключает будильник, отклоняет звонки;
  • Он обнаруживает и отображает любые изменения положения человека в пространстве. Все эти действия выполняет навигационное программное обеспечение;
  • Устройства отслеживают физическую активность. Например, они считают пройденное расстояние — для этого они используют шагомер.

Области использования

Датчик ускорения используется в следующих приложениях:

  • Входит в состав навигации в самолетах. Устройства также устанавливаются на вертолетах и квадрокоптерах;
  • Автомобили. В них устанавливается емкостной акселерометр для систем безопасности и стабилизации. Датчик распознает ситуации, когда требуется экстренное торможение, и помогает избежать аварий. Устройство активирует электрическую цепь, которая передает импульс на подушки безопасности, заставляя их немедленно сработать;
  • Промышленность. G-сенсоры устанавливаются в станочном оборудовании, генераторах. Они интегрируются в системы безопасности для раннего отключения питания при возникновении неисправности;
  • Электроника. Датчики защищают жесткие диски от механических воздействий. В случае падения устройство посылает информацию на считывающие головки, которые перемещаются в безопасное положение. Это защищает диск от повреждений и предотвращает потерю данных;
  • Датчики устанавливаются на смартфоны и планшеты. Они выполняют важные функции, изменяя положение во время вращения тела и других действий.

Наиболее распространенные типы акселерометров

Большинство коммерческих устройств имеют емкостные, пьезорезистивные и пьезоэлектрические устройства, которые преобразуют механическое движение в электрический сигнал.

1 Пьезоэлектрические акселерометры используют пьезоэлектрический эффект определенных материалов для измерения ускорения, вибрации или механического удара. Эти материалы накапливают электрический заряд (пьезоэлектричество) в ответ на приложенное механическое напряжение.

Принцип работы пьезоэлектрического акселерометра

Пьезоэлектрический материал, например, цирконат/титанат свинца, прикрепляется к массе. Когда акселерометр перемещается, масса оказывает механическое давление на этот материал. Это заставляет материал генерировать небольшое электрическое напряжение, которое может быть расшифровано для расчета соответствующего ускорения.

(2) Пьезорезистивные акселерометры работают по аналогичному принципу. Они используют изменение сопротивления пьезорезистивных материалов для преобразования механического напряжения в выходное постоянное напряжение. Эти типы акселерометров подходят для ударных измерений, где уровни g и частотные диапазоны намного выше.


Endevco 727 | легкий пьезорезистивный акселерометр, идеально подходящий для измерений при испытаниях на падение

С другой стороны, пьезоэлектрические элементы обладают непревзойденным диапазоном высоких температур и малым весом корпуса.

3. емкостные акселерометры основаны на изменении электрической емкости в ответ на ускорение. Они состоят из двух компонентов: основной пластины (неподвижной), прикрепленной к корпусу, и вспомогательной пластины, соединенной с землей, которая свободно перемещается внутри корпуса.

Емкость изменяется с расстоянием между двумя металлическими пластинами, и, измеряя емкость, можно определить приложенное ускорение. Акселерометры этого типа могут измерять постоянные и медленные, переходные и периодические ускорения.


Трехосный емкостной акселерометр

Современные акселерометры выпускаются во всех трех формах. Часто они представляют собой микроэлектромеханические системы (МЭМС), состоящие из нескольких компонентов, каждый из которых имеет размер от 1 до 100 микрометров. Акселерометры, встроенные в планшеты и смартфоны, обычно имеют размер менее 100 миллиметров.

Микромеханический акселерометр чувствителен только к одному направлению в плоскости. Двухосевой акселерометр создается путем интеграции двух устройств, расположенных перпендикулярно друг другу, а трехосевой акселерометр может быть построен путем добавления еще одного устройства, расположенного вне плоскости. Встроенный модуль может быть намного точнее, чем три отдельных устройства, объединенных в пакет.

Квантовое туннелирование может быть использовано для достижения очень высокой чувствительности. Однако этот процесс чрезвычайно сложен и дорог.

С помощью существующих технологий мы можем измерять ускорения до тысяч g. Инженерам и производителям необходимо найти компромисс между максимальным значением измеряемого ускорения и чувствительностью устройства.

Обзор аппаратного обеспечения акселерометра ADXL335

В основе модуля лежит маленький, маломощный, сверхнизкошумящий трехосевой МЭМС-акселерометр от Analog Devices — ADXL335. Датчик имеет полный диапазон чувствительности ±3g. Он может измерять статическое ускорение под действием силы тяжести в чувствительных к наклону приложениях, а также динамическое ускорение под действием движения, удара или вибрации.

Рисунок 5 Обзор компонентов модуля акселерометра ADXL335
Рисунок 5 — Аппаратный обзор модуля акселерометра ADXL335

Датчик работает при напряжении от 1,8 до 3,6 В (оптимально 3,3 В) и обычно потребляет ток всего 350 мкА. Однако встроенный регулятор 3,3 В делает его идеальным для использования с 5 В микроконтроллерами, такими как Arduino.

Эта удобная печатная плата позволяет подключить каждый контакт микросхемы ADXL335 к 6-контактному разъему с шагом 0,1 дюйма. Он включает 3 аналоговых выхода для измерений по осям X, Y и Z, 2 выхода питания и выход самодиагностики для проверки датчика в конечном приложении.

Аналоговые выходы являются относительными, то есть выход 0g номинально равен половине напряжения питания 3,3 В (1,65 В), -3g соответствует выходу 0 В, а 3g соответствует 3,3 В с полным масштабированием между этими значениями.

Ниже приведена таблица с основными характеристиками микросхемы акселерометра ADXL335.

Характеристики микросхемы акселерометра ADXL335. Рабочее напряжение Рабочий ток Диапазон чувствительности Диапазон температур Измерительные оси Чувствительность Ударопрочность Размер
1,8 В — 3,6 В
350 мкА (типично)
±3g (полная шкала)
от -40° до + 85° C
3 оси
270 — 330 мВ/г (относительно)
до 10000 г
4 мм x 4 мм x 1,45 мм

Для получения дополнительной информации, пожалуйста, ознакомьтесь с техническим паспортом, доступным по ссылке ниже.

Скачать технический паспорт ADXL335

Акселерометр в фитнес-браслетах и смарт-часах

Акселерометр

В фитнес-браслетах и смарт-часах акселерометр выполняет несколько функций. Когда он обнаруживает подъем или поворот руки, он посылает сигнал для активации экрана. Акселерометр также отвечает за подсчет шагов и мониторинг сна. Акселерометр также отвечает за умный будильник, который будит владельца гаджета во время фазы быстрого сна.

Функции G-сенсора в других гаджетах

Датчики имеются в фитнес-браслетах и умных часах, являясь важными компонентами этих устройств. Основные функции — подсчет количества шагов, сделанных в течение дня. Акселерометр в фитнес-браслете и часах отслеживает все движения в течение дня и во время сна.

Акселерометр в фитнес-браслете

Программная обработка распознает, бежит пользователь или идет.

Емкостной акселерометр

Он определяет интенсивность и скорость, а также точное количество шагов. Модуль активирует браслет, когда пользователь поднимает руку к лицу.

Настройка/калибровка акселерометра на смартфоне

Калибровка Android

Калибровка акселерометра в Android необходима, например, если смартфон начал неправильно считать шаги или неверно определять положение тела. Отдельных приложений для этого не существует, но есть специальные приложения для калибровки акселерометра, но лучшее решение — GPS Status & Toolbox (загрузить с Google Play). В разделе «Инструменты» есть специальный инструмент под названием «Калибровка акселерометра». Поместите телефон на ровную поверхность и следуйте инструкциям.

Посмотрите видео о том, как быстро откалибровать телефон.

Калибровка G-сенсора для игр

Смотрите видео: Калибровка G-сенсора для игр на Android.

Калибровка iPhone

Инструментов для калибровки iPhone не существует, но в случае чисто программного сбоя простая перезагрузка телефона обычно спасает ситуацию. Если проблема сохраняется, напишите в комментариях, и мы постараемся помочь.

Как выглядит акселерометр?

Акселерометр в вашем телефоне выглядит как обычная интегральная схема. В зависимости от модели смартфона он может выглядеть несколько иначе.

Акселерометр в телефоне
Акселерометр в вашем телефоне

Вот как выглядит акселерометр в телефоне

Принцип работы легче представить в случае механического варианта: он имеет неподвижный элемент, закрепленный гибкими подвесками, на котором можно измерять давление. В зависимости от применения это может быть от одного до трех подвесов.

Вместо твердого тела в электронном акселерометре используется набор проводников, которые могут двигаться под действием ускорения и изменять напряженность поля вокруг себя. По показаниям интенсивности можно определить, в какую сторону сдвинулись проводники и какое движение тела вызвало сдвиг. Составной датчик, включая гироскоп, может иметь больше осей — до шести.

Трехосевой акселерометр достаточно точно определяет как положение тела в пространстве в данный момент, так и его изменение. Он непрерывно собирает и отправляет информацию о давлении в суспензии.

Для чего он используется? Например, датчик акселерометра в телефоне помогает определить не только положение тела в пространстве, но и скорость, с которой мы двигаемся, толчки при ходьбе и намеренное встряхивание смартфона.

Поэтому, когда вы поворачиваете корпус телефона, изображение на экране также поворачивается. Именно поэтому в гоночных играх можно управлять автомобилем, используя смартфон или геймпад в качестве руля. Именно поэтому трекер здоровья может подсчитывать шаги или отслеживать качество сна.

Где используется акселерометр?

Датчик акселерометра используется во многих различных приложениях:

  • Навигационные устройства для самолетов. Ни один самолет, вертолет или даже квадрокоптер не может обойтись без устройств, использующих гироскопы и акселерометры. Например, для работы квадрокоптера требуется не менее трех гироскопов.
  • Автомобили. В автомобилях акселерометр интегрирован в системы безопасности и устойчивости. Устройство обнаруживает резкое торможение или аварию и активирует электрическую цепь, которая приводит в действие подушки безопасности.
  • Промышленность. Датчики используются в различных станках, машинах и производственных линиях в системах безопасности для отключения питания в случае неисправности или достижения критических значений.
  • Электроника. В компьютерах и ноутбуках акселерометр используется для защиты жестких дисков от ударов и падений. В случае падения устройство дает команду считывающим головкам занять безопасное положение, чтобы избежать повреждения диска и потери данных.
  • В смартфонах и планшетах акселерометр отвечает за изменение ориентации экрана при повороте корпуса, а также за управление игрой при наклоне гаджета. Браслеты и фитнес-часы используют акселерометр для подсчета шагов, отслеживания сна и активации экрана путем поднятия запястья.
  • Потребительская электроника. Да, даже стиральные машины, утюги и обогреватели могут быть оснащены акселерометрами. Например, в утюгах акселерометр отключит питание, если обнаружит падение утюга, чтобы предотвратить возгорание.

Как он включается и выключается

Для автоматического поворота дисплея в гаджетах используется датчик или акселерометр. Однако эта опция не всегда включена по умолчанию в настройках гаджета. В этом случае необходимо подключить G-сенсор в настройках телефона.

Включите акселерометр на смартфоне

Методы подключения:

  • Через настройки. В них выбирается «Экран». Затем включается опция автоматического поворота дисплея при изменении положения устройства;
  • Через панель быстрого доступа в верхней части экрана телефона. Здесь находится кнопка для автоматического поворота экрана. При нажатии на нее акселератор начинает работать.

Включите акселерометр, проведя пальцем вниз по экрану смартфона.

Однако автоматическое переключение позиций не всегда удобно. Иногда постоянное вращение дисплея вызывает множество проблем. Чтобы отключить эту функцию, можно воспользоваться описанными выше способами.

Использование устройства

Как только вы узнаете, что такое акселерометр в вашем телефоне, вы захотите узнать, как его использовать — вот несколько примеров:

Датчик используется для управления играми — изменение положения мобильного устройства вызывает определенные действия со стороны игрового персонажа или управляемого игроком транспортного средства. Например, наклоняя трубку, можно изменить направление движения автомобиля в гоночных симуляторах.

Акселерометр в телефоне: что это такое, как он работает, как его настроить и откалибровать

Рисунок 4: Игра Asphalt 8, управляемая с помощью акселерометра.

Во время спортивного бега акселерометр используется в смартфонах и планшетах для отслеживания пройденной дистанции. Он измеряет приблизительное количество сделанных шагов — и хотя погрешность может быть довольно большой (в зависимости от скорости вашего бега), результаты можно использовать для улучшения результатов тренировок.

Наличие таких датчиков в смартфонах и планшетах позволяет менять ориентацию изображения. Расположив мобильный гаджет горизонтально, пользователь автоматически получает изображение или текст в горизонтальном формате с помощью акселерометра. Если экран расположен вертикально, ориентация будет изменена на вертикальную.

Акселерометр в вашем телефоне: что это такое, как он работает, как его настроить и откалибровать

В других устройствах датчик используется для тех же задач, что и акселерометр в телефонах, а также для других целей. Например, в авиации он используется в навигационных системах, а в промышленности — в качестве преобразователя вибрации.

В системах управления жесткими дисками акселерометр необходим для компенсации вибраций, вызванных ускорением объекта, и для защиты данных, хранящихся на жестком диске.

Читайте также: Стриминг на Twitch — советы для начинающих

Жесткие диски, оснащенные этим датчиком, могут определять время ускорения и замедления и регистрировать остановки и столкновения. В джойстиках игровых консолей акселерометр необходим для управления игрой.

к оглавлению ↑.

Как откалибровать акселерометр

Калибровка акселерометра необходима для улучшения работы устройства. Для этого можно выполнить калибровку. Это не занимает много времени и требует всего нескольких простых шагов.

Чтобы убедиться, что акселерометр работает правильно, необходимо его откалибровать.

Используйте приведенные ниже инструкции для калибровки датчика на устройстве Android:

  • Вам необходимо загрузить бесплатное приложение из магазина (Play Market);
  • Затем смартфон помещается на плоскую поверхность;
  • После этого приложение включается;
  • Пользователь должен перейти на вкладку «Калибровка».

Смартфон после калибровки акселерометра.

После этого процесс калибровки выполняется автоматически. Пользователь получит уведомление о том, что все успешно завершено, и на экране появится соответствующее сообщение.

Как проверить, есть ли в телефоне акселерометр

Почти все смартфоны и планшеты на базе Android и iOS оснащены этим датчиком. Даже первый iPhone, выпущенный в 2007 году, и первый Samsung Galaxy S, выпущенный в 2010 году.

Если вы сомневаетесь, оснащено ли ваше устройство этой функцией, прочитайте официальное описание. В ранних смартфонах Android поворот экрана не всегда был включен по умолчанию, поэтому если вы повернули телефон, а дисплей не отреагировал, это не означает, что акселерометр отсутствует. Скорее всего, он был отключен в настройках вашего телефона. Найдите значок, похожий на тот, что показан на рисунке ниже, и активируйте его.

значок поворота экрана
значок поворота экрана

Активация или деактивация датчика

Способ проверить, есть ли в вашем телефоне акселерометр, — повернуть экран в другое положение. Если изображение не меняется, значит, датчика нет — или функция автоповорота смартфона просто отключена.

В большинстве моделей экран поворачивается автоматически при изменении положения с помощью меню настроек или верхней панели на главном экране:

В первом случае зайдите в «Настройки», выберите «Экран» и включите поворот изображения.

Акселерометр в телефоне: что это такое, как он работает, как его настроить и откалибровать

Рисунок 5: Включение через настройки.

Во второй ситуации просто проведите пальцем по верхней панели, увеличив масштаб на весь экран, и включите соответствующую функцию.

Акселерометр в телефоне: что это такое, как он работает, как его настроить и откалибровать

Рис. 6. Включение с помощью верхней панели.

Совет: Иногда автоматическая реакция акселерометра на движения мобильного телефона не нужна и даже может раздражать. В таких случаях можно отключить датчик с помощью одного из этих меню, где можно включить функцию автоматического поворота. к содержанию ↑ Оглавление

Разница между акселерометром и гироскопом

Гироскоп часто путают с акселерометром. Гироскоп измеряет положение устройства в пространстве относительно трех плоскостей. Акселерометр измеряет ускорение устройства в пространстве. Оба датчика измеряют одинаковые значения, но имеют разные функции. Акселерометр используется в большинстве устройств. Гироскоп, с другой стороны, является опциональным. Наличие двух датчиков повышает точность измерений и скорость реакции.

Код Arduino — считывание показаний акселерометра ADXL335

Эскиз довольно прост. Он просто отображает калиброванное выходное напряжение датчика для каждой оси через последовательный интерфейс. Протестируйте эскиз, прежде чем приступать к детальному анализу.

const int xInput = A0; const int yInput = A1; const int zInput = A2; // Инициализируем минимальное и максимальное необработанные значения для каждой оси int RawMin = 0; int RawMax = 1023; // Берем несколько выборок для уменьшения шума const int sampleSize = 10; void setup() { analogReference(EXTERNAL); Serial.begin(9600); } void loop() { // Считывание необработанных значений int xRaw = ReadAxis(xInput); int yRaw = ReadAxis(yInput); int zRaw = ReadAxis(zInput); // Преобразование необработанных значений ‘миллион-г’ long xScaled = map(xRaw, RawMin, RawMax, -3000, 3000); long yScaled = map(yRaw, RawMin, RawMax, -3000, 3000); // конвертируем в g значения с дробной частью float xAccel = xScaled / 1000. 0; float yAccel = yScaled / 1000.0; float zAccel = zScaled / 1000.0; Serial.print(«X, Y, Z :: «); Serial.print(xRaw); Serial.print(«, «); Serial.print(yRaw); Serial.print(«, «); Serial. print(zRaw); Serial.print(» :: «); Serial.print(xAccel,0); Serial.print(«G, «); Serial.print(yAccel,0); Serial.print(«G, «); Serial.print(zAccel,0); Serial.println(«G»); delay(200); } // выборка и возврат среднего значения int ReadAxis(int axisPin) { long reading = 0; analogRead(axisPin); delay(1); for (int i = 0; i < sampleSize; i++) { reading += analogRead(axisPin); } return reading/sampleSize; }

Скетч начинается с объявления аналоговых входных контактов Arduino, к которым подключены выходные контакты датчиков X, Y и Z.

Затем мы указываем минимальное и максимальное значения, которые будет выдавать Arduino. Поскольку плата Arduino содержит 10-битный аналого-цифровой преобразователь, он преобразует выходные напряжения датчиков от 0 до 3,3 В в целочисленные значения от 0 до 1023. Поэтому RawMin устанавливается в 0, а RawMax — в 1023.

Переменная sampleSize указывает Arduino брать 10 выборок из каждого преобразования для получения более точных результатов.

const int xInput = A0; const int yInput = A1; const int zInput = A2; // Инициализация минимального и максимального необработанных значений для каждой оси int RawMin = 0; int RawMax = 1023; // Взятие нескольких выборок для уменьшения шума const int sampleSize = 10;

В функции setup() нам нужно установить аналоговое опорное напряжение на EXTERNAL, поскольку мы подключили 3,3 В к контакту AREF на Arduino. Это делается путем вызова команды analogReference(EXTERNAL).

Кроме того, здесь же мы инициализируем последовательную связь с компьютером.

ВНИМАНИЕ

Если вы не вызовете команду analogReference(EXTERNAL), вы вызовете короткое замыкание между активным опорным напряжением (внутренним) и выводом AREF, что может повредить микроконтроллер на плате Arduino….

analogReference(EXTERNAL); Serial.begin(9600);

В функции loop() мы считываем аналоговые выходы датчика каждые 200 мс. Вместо вызова функции analogRead() мы вызываем нашу собственную функцию ReadAxis(). Эта функция берет 10 выборок АЦП и возвращает среднее значение.

// Считываем необработанные значения int xRaw = ReadAxis(xInput); int yRaw = ReadAxis(yInput); int zRaw = ReadAxis(zInput);

Как откалибровать акселерометр?

В некоторых случаях может потребоваться настройка или калибровка акселерометра. Например, если телефон не реагирует на поворот тела или если шаги подсчитываются неточно. Для смартфонов ANDROID существует несколько приложений сторонних производителей, например, GPS Status & Toolbox. Для iPhone таких приложений нет, поэтому в случае неудачи вам придется перезагрузить устройство. Обычно это помогает.

Некоторые производители фитнес-браслетов и смарт-часов также позволяют калибровать акселерометр. Или, точнее, не калибровать, а «обучить» его «поведенческим маркерам», то есть помочь датчику точнее понять, какие действия совершает владелец гаджета в данный момент. Такая возможность есть у владельцев популярного Xiaomi Mi Band и многих других моделей.

Источник изображения: YouTube, Википедия

Реклама

Подключение акселерометра ADXL335 к Arduino UNO

Теперь, когда у нас есть полное понимание того, как работает акселерометр ADXL335, мы можем начать подключать его к нашей плате Arduino.

Соединение довольно простое. Начните с установки акселерометра на печатную плату. Подключите вывод VCC к выводу 5V на Arduino, а вывод GND к выводу GND на Arduino. Также подключите выходы X, Y и Z к аналоговым контактам A0, A1 и A2 на Arduino.

Для получения точных результатов нам необходимо изменить аналоговое опорное напряжение (AREF) на Arduino. Это можно сделать, подключив вывод 3,3 В на Arduino к выводу AREF.

После этого у вас должно получиться что-то похожее на то, что показано на рисунке ниже.

Рисунок 7 Подключение модуля акселерометра ADXL335 к Arduino UNO
Рисунок 7 — Подключение модуля акселерометра ADXL335 к Arduino UNO

После подключения акселерометра настало время написать код и протестировать его.

Преобразование показаний измерительного прибора ADXL335 в ускорение (g)

Следующий фрагмент кода является самой важной частью программы. Он преобразует аналоговое выходное напряжение датчика в ускорение (g).

Фактическое преобразование выполняется функцией map(), встроенной в IDE. Поэтому, когда мы вызываем map(xRaw, RawMin, RawMax, -3000, 3000), значение RawMin будет преобразовано в -3000, значение RawMax — в 3000, а значения между ними — в промежуточные значения.

Значения -3000 и 3000 не являются произвольными. Они фактически представляют собой ускорение свободного падения (в миллиграммах, или 1/1000 g), измеренное датчиком, или ±3g (от -3000 до 3000 миллиграммов).

Например,

  • Когда датчик подает 0 вольт по оси x, т.е. xRaw = 0, функция map() возвращает значение -3000, что соответствует -3g.
  • Когда датчик выдает 3,3 вольта по оси x, т.е. xRaw = 1023, функция map() вернет значение 3000, что равно +3g.
  • Когда датчик выдает напряжение 1,65 В на оси x, т.е. xRaw = 511, функция map() вернет 0, что означает 0g.

Термин «относительный» имеет больше смысла, когда выходное напряжение линейно увеличивается с ускорением в заданном диапазоне.

// Преобразование сырых значений ‘милли-г’ long xScaled = map(xRaw, RawMin, RawMax, -3000, 3000); long yScaled = map(yRaw, RawMin, RawMax, -3000, 3000); long zScaled = map(zRaw, RawMin, RawMax, -3000, 3000);

Наконец, выходной сигнал датчика уменьшается до дробного значения g путем деления на 1000 и передается на монитор последовательного порта.

// Преобразование в значения g с дробной частью float xAccel = xScaled / 1000.0; float yAccel = yScaled / 1000.0; float zAccel = zScaled / 1000.0; Serial.print(«X, Y, Z :: «); Serial.print(xRaw); Serial. Serial.print(«, «); Serial.print(yRaw); Serial.print(«, «); Serial.print(zRaw); Serial.print(» :: «); Serial.print(xAccel,0); Serial.print(«G, «); Serial.print(yAccel,0); Serial.print(«G, «); Serial.print(zAccel,0); Serial.println(«G»);

На следующих рисунках показаны данные акселерометра, отправленные на монитор последовательного порта в разных положениях.

Рисунок 8 Выход акселерометра ADXL335 по оси X
Рисунок 8 — Выход акселерометра ADXL335 по оси XРисунок 9 Выход акселерометра ADXL335 по оси Y+
Рисунок 9 — Выход акселерометра ADXL335 по оси Y +Рисунок 10 Выход ADXL335 по оси X + акселерометр
Рисунок 10 — Выход акселерометра ADXL335 для оси X+Рисунок 11 Выход по оси Y ADXL335
Рисунок 11 — Выход ADXL335 по оси YРисунок 12 Выход акселерометра ADXL335 по оси Z +
Рисунок 12 — Выход акселерометра ADXL335 для оси Z+Рисунок 13 Выход акселерометра ADXL335 по оси Z
Рисунок 13 — Выход ADXL335 по оси Z

Для чего используется акселерометр

Управление акселерометром в Asphalt 8.
Управление акселерометром в Asphalt 8.
Управление с помощью акселерометра в игре Asphalt 8.

Датчик используется для расширения функциональности и/или в качестве меры безопасности:

  • Автомобильные видеорегистраторы срабатывают при резком торможении и автоматически начинают запись видео, если видеорегистратор в это время находился в режиме ожидания. Эта функция часто позволяет зафиксировать момент столкновения или аварии.
  • Жесткие диски оснащены режимом парковки, который предотвращает повреждение механических частей и/или потерю информации.
  • Фитнес-браслеты и умные часы позволяют подсчитывать количество шагов, сделанных в течение дня.
  • В смартфонах и планшетах акселерометр выполняет несколько функций: изменение ориентации экрана, управление в играх, подсчет шагов, определение положения в пространстве на картах, переключение музыки и другие действия, выполняемые при встряхивании устройства.

Читайте также:

Как выбрать смартфон или планшет? Часть 7 — Датчики

Калибровка экрана android (сенсор, сенсорный экран)

Причины неисправности акселерометра и устранение неполадок

Иногда датчик может выйти из строя или вообще перестать работать даже после калибровки. Проблемы могут быть вызваны сбоем программного обеспечения или неисправностью микросхемы. Метод устранения неполадок следует выбирать в зависимости от причины неисправности.

Сбой программного обеспечения

Чтобы понять, что вызвало сбой в работе акселерометра, пользователь должен вспомнить, какие приложения были установлены в последнее время. Они являются причиной конфликта аппаратного или программного обеспечения. Для начала удалите новые программы, а затем проверьте датчик.

Если эти меры не помогут и не улучшат работу устройства, потребуется его сброс или форматирование. Однако перед этим следует скопировать информацию и файлы с телефона на компьютер или перенести их в облачное хранилище.

Сброс или форматирование выполняется в следующем порядке:

  • Сначала откройте меню настроек мобильного устройства;
  • Затем выберите опцию «Восстановление и сброс»;
  • Затем активируется опция «Восстановить заводские настройки»;
  • Наконец, все шаги подтверждаются, и начинается процесс форматирования.

По истечении указанного времени вся информация сбрасывается. Файлы и программы, загруженные пользователем, не будут сохранены на телефоне.

Другим вариантом восстановления пользователя является обновление прошивки. Для этого смартфон должен быть подключен к сети Wi-Fi. Затем воспользуйтесь следующими инструкциями:

  • В опциях нажмите на форму «Детали телефона»;
  • Затем выберите опцию «Обновление программного обеспечения»;
  • Затем проверьте наличие новых версий;
  • При обнаружении будет выбрана подходящая версия и загружена на гаджет;
  • Завершает процесс обновления.

2. измерение наклона с помощью акселерометра

Все современные смартфоны способны определять угол наклона относительно горизонта. Эта функция используется для автоматического поворота экрана, а также в различных играх, где управление осуществляется путем наклона экрана. И все это благодаря акселерометру. Но как устройство, определяющее ускорение, может помочь рассчитать угол наклона?

Дело в том, что на акселерометр, как и на все тела на этой планете, влияет гравитация. Это сила, которая придает ускорение телам, падающим на землю. Повернем акселерометр так, чтобы его ось находилась в вертикальном положении. В этих условиях груз будет двигаться вниз, растягивая верхнюю пружину и сжимая нижнюю. В этот момент акселерометр зарегистрирует значение ускорения свободного падения 9,8 м/с².

Микросхема МЭМС-акселерометра

Попробуем использовать этот факт для расчета угла наклона акселерометра по отношению к горизонту. Давайте воспользуемся схемой тела с установленным на нем трехосевым акселерометром. Обозначим эти три оси символами Xt, Yt и Zt.

Затем поверните тело на угол a вокруг оси X относительно мировой системы координат X, Y и Z. Мы предполагаем, что мировая ось Z направлена вдоль вектора гравитационной силы (вверх), а оси X и Y — вдоль горизонта. Мы смотрим на всю эту систему сбоку, так что оси мира — X и тела — Xt смотрят на нас, а мы их не видим.

Расчет угла наклона с помощью акселерометра

В этом положении акселерометр внутри тела будет регистрировать проекции гравитационной силы на все три оси: Ght, Gut, Gzt. Проекция Gt на ось Xt будет равна нулю, так как эта ось расположена вдоль горизонта. Проекции Gout (зеленая линия) и Gzt могут быть выражены с помощью теоремы о правильном треугольнике:

Gut = G * cos(b) [1] Gzt = G * sin(b) [2].

Таким образом, зная G и одну из проекций Gout или Gzt, можно вычислить угол b отклонения акселерометра от вектора силы тяжести Z (от вертикальной оси):

cos(b) = Gut/G [3] b = arccos(Gut/G) [4].

При выполнении таких расчетов следует помнить, что G и Gout должны измеряться в одних и тех же единицах. Например, если перевести показания акселерометра в гравитационные единицы (другими словами, G = 1 — сила тяжести Земли), то выражение для угла b будет иметь вид

b = arccos(Gut/1) = arccos(Gut) [5].

Наконец, вычислим угол a, необходимый для наклона тела относительно горизонта:

a = 90 — b = 90 — arccos(Gut) [6].

Помните, что Gout — это число, которое возвращает нам акселерометр.

Назначение

Акселерометры используются в различных отраслях промышленности и в научных исследованиях. В основном они используются в электронных устройствах для определения ориентации, координатного ускорения, ударов и вибрации.

Акселерометры, встроенные в смартфоны, например, распознают, когда нужно изменить расположение экрана с горизонтального на вертикальное. Данные, предоставляемые этими датчиками, могут помочь определить, повышается или понижается уровень сигнала устройства.

Высокочувствительные акселерометры встроены в инерциальные навигационные системы ракет и реактивных двигателей. Беспилотные летательные аппараты также используют такие устройства для стабилизации полета.

Источники

  • https://www.computer-setup.ru/akselerometr-v-telefone-chto-eto-takoe
  • https://radioprog.ru/post/751
  • https://iSmartWatch.ru/18620-akselerometr
  • https://osensorax.ru/dvizhenie/akselerometr-chto-eto
  • https://new-science.ru/chto-takoe-akselerometr-opredelenie-tipy-primenenie/
  • https://smartchasy.com/sovety-i-instrukcii/akselerometr/
  • https://androfon.ru/article/chto-takoe-akselerometr
  • https://robotclass.ru/tutorials/accelerometer-angle-calculation/

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Мастер Компьютер