iMEMS加速度传感器ADXL345
imems加速度传感器adxl345
imems 半导体技术把微型机械结构与电子电路集成在同一颗芯片上。imems加速度传感器就是利用这种技术，实现对单轴、双轴甚至三轴加速度进行测量并产生模拟或数字输出的传感器。根据不同的应用，加速度传感器的测量范围从几g到几十g不等。数字输出的加速度传感器还会集成多种中断模式。这些特性可以为用户提供更加方便灵活的解决方案。
adxl345是adi公司最近推出的基于imems技术的3轴、数字输出加速度传感器。adxl345具有+/-2g，+/-4g，+/-8g，+/-16g可变的测量范围;最高13bit分辨率;固定的4mg/lsb灵敏度;3mm*5mm*1mm超小封装;40-145ua超低功耗;标准的i2c或spi数字接口;32级fifo存储;以及内部多种运动状态检测和灵活的中断方式等特性。所有这些特性，使得adxl345有助于大大简化跌倒检测算法，使其成为一款非常适合用于跌倒检测器应用的加速度传感器。
本文给出的跌倒检测解决方案，完全基于adxl345内部的运动状态检测功能和中断功能，甚至不需要对加速度的具体数值进行实时读取和复杂的计算操作，可以使算法的复杂度降至最低。
中断系统
图1给出了adxl345的系统框图及管脚定义。
图1 adxl345系统框图及管脚定义
adxl345具有两个可编程的中断管脚：int1和int2。以及data_ready、single_tap、double_tap、activity、inactivity、free_fall、watermark、overrun，共计8个中断源。每个中断源可以独立地使能或禁用，还可以灵活地选择是否映射到int1或int2中断管脚。所有的功能都可以同时使用，只是某些功能可能需要共用中断管脚。中断功能通过int_enable寄存器的相应位来选择使能或禁用，通过int_map寄存器的相应位来选择映射到int1管脚或int2管脚。中断功能的具体定义如下：
1. data_ready 当有新的数据产生时，data_ready中断置位;当没有新的数据时，data_ready中断清除。
2. single_tap 当加速度值超过一定门限(thresh_tap)并且持续时间小于一定时间范围(dur)的时候，single_tap中断置位。
3. double_tap 当第一次single_tap事件发生后，在一定时间(latent)之后，并在一定时间(window)之内，又发生第二次single_tap事件时，double _tap中断置位。
图2给出了有效的single_tap中断和double _tap中断的示意图。
图2 single_tap和double _tap中断示意
4. activity 当加速度值超过一定门限(thresh_act)时，activity中断置位。
5. inactivity 当加速度值低于一定门限(thresh_inact)并且持续超过一定时间(time_inact)时，inactivity中断置位。time_inact可以设定的最长时间为255s。
需要指出的是，对于activity和inactivity中断，用户可以针对x、y、z轴来分别进行使能或禁用。比如，可以只使能x轴的activity中断，而禁用y轴和z轴的activity中断。
另外，对于activity和inactivity中断，用户还可以自由选择dc coupled工作方式或者ac coupled工作方式。其区别在于，dc coupled工作方式下，每个采样点的加速度值将直接与门限(thresh_act或thresh_inact)进行比较，来判断是否发生中断;而ac coupled工作方式下，新的采样点将以之前的某个采样点为参考，用两个采样点的差值与门限(thresh_act或thresh_inact)进行比较，来判断是否发生中断。ac coupled工作方式下的activity检测，是选择检测开始时的那一个采样点作为参考，以后每个采样点的加速度值都与参考点进行比较。如果它们的差值超过门限(thresh_act)，则activity中断置位。ac coupled工作方式下的inctivity检测，同样要选择一个参考点。如果新采样点与参考点的加速度差值超过门限(thresh_inact)，参考点会被该采样点更新。如果新采样点与参考点的加速度差值小于门限(thresh_inact)，并且持续超过一定时间(time_inact)，则inctivity置位。
6. free_fall 当加速度值低于一定门限(thresh_ff)并且持续超过一定时间(time_ff)时，free_fall中断置位。与inactivity中断的区别在于，free_fall中断主要用于对自由落体运动的检测。因此， x、y、z轴总是同时被使能或禁用;其时间设定也比inactivity中断中要小很多，time_ff可以设定的最大值为1.28s;而且free_fall中断只能是dc coupled工作方式。
7. watermark 当fifo里所存的采样点超过一定点数(samples)时，watermark中断置位。当fifo里的采样点被读取，使得其中保存的采样点数小于该数值(samples)时，watermark中断自动清除。
需要指出的是，adxl345的fifo最多可以存储32个采样点(x、y、z三轴数值)，且具有bypass模式、普通fifo模式、stream模式和trigger模式，一共4种工作模式。fifo功能也是adxl345的一个重要且十分有用的功能。但是本文后面给出的解决方案中，并没有使用到fifo功能，所以，在此不做详细介绍。
8. overrun 当有新采样点更新了未被读取得前次采样点时，overrun中断置位。 overrun功能与fifo的工作模式有关，当fifo工作在bypass模式下，如果有新采样点更新了datax、datay和dataz寄存器里的数值，则overrun中断置位。当fifo工作在其他三种模式下，只有fifo被存满32点时，overrun中断才会置位。fifo里的采样点被读取后，overrun中断自动清除。
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1. data_ready 当有新的数据产生时，data_ready中断置位;当没有新的数据时，data_ready中断清除。
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3. double_tap 当第一次single_tap事件发生后，在一定时间(latent)之后，并在一定时间(window)之内，又发生第二次single_tap事件时，double _tap中断置位。
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