專利名稱：帶sd卡的三維加速度運動測量儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種帶SD卡的三維加速度運動測量儀，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(huán)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(jīng)反應的能力。·[0004]本帶SD卡的三維加速度運動測量儀，可通過對運動員聽到發(fā)令后的運動加速度的測量，掌握每一個運動員的神經(jīng)和運動反應的情況。本實用新型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(tǒng)，不但可以在運動場上直接、精確地測定運動員的反應和加速度，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(jù)。同時本實用新型也適用于力學、電子學等課程的測量領域。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)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帶SD卡的三維加速度運動測量儀，SD卡的三維加速度運動測量儀由加速度測量電路盒和彈性固定扣環(huán)構成，加速度測量電路盒上具有電源按鈕、選擇按鈕、兩個顯示按鈕、SD卡存儲口和液晶屏，加速度測量電路盒內(nèi)具有三維加速度傳感器、聲音檢測電路和單片機控制電路。測量儀體積小、重量輕，可以長時間采集三維加速度數(shù)據(jù)。測量儀的單片機控制電路所采用的單片機芯片為TI公司為便攜設備開發(fā)的16位MSP430F2274, MSP430F2274單片機內(nèi)部集成32K字節(jié)片內(nèi)Flash程序存儲器和IK字節(jié)數(shù)據(jù)RAM。8通道10位逐次逼近型A/D轉換器、硬件乘法器、I路精確模擬比較器、片內(nèi)看門狗定時器、3路具有硬件捕獲/比較和PWM輸出功能的16位定時器、2路通用串行通訊接口和片內(nèi)溫度傳感器。同時芯片采用QFP64貼片封裝，節(jié)省電路板面積。另外，它的時鐘系統(tǒng)是專為電池供電系統(tǒng)而特別設計的，具有其靈活的時鐘源(外部高速晶振、外部低速晶振、數(shù)字控制振蕩器)、可選擇的4種低功耗模式，可以使器件達到最低的功率消耗。而且，數(shù)字控制的振蕩器(DCO)可使器件從低功耗模式迅速喚醒，在少于I μ s的時間內(nèi)使處理器工作于激活狀態(tài)。本測量儀的三維加速度傳感器采用飛思卡爾半導體公司的ΜΜΑ7260，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(diào)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。ΜΜΑ7260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500 μ A(睡眠模式僅有3 μ A)，可測量O 350Hz、-6g +6g范圍內(nèi)動態(tài)或靜態(tài)加速度。測量儀通過單片機的A/D轉換器，并配合SD卡存儲數(shù)據(jù)和加速度傳感器MMA7260進行測量。測量儀整個系統(tǒng)由3V電池供電。如果A/D轉換器采樣頻率達到IkHz，在SD存儲卡內(nèi)部按照FAT16存儲格式創(chuàng)建Windows操作系統(tǒng)可辨認的文本文檔記錄加速度數(shù)據(jù)，則256M存儲卡就可連續(xù)存儲12h的加速度數(shù)據(jù)。本測量儀采用以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?yōu)榈碗娖?，電路輸出信號接到單片機。聲音檢測電路用來檢測發(fā)令槍等聲音信號，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(fā)令槍槍聲時產(chǎn)生一個脈沖信號，單片機識別后計數(shù)器開始計數(shù)。·彈性固定扣環(huán)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，彈性固定扣環(huán)用于方便連接運動員臂帶或腰帶。

圖I是帶SD卡的三維加速度運動測量儀，其中的I是液晶顯示屏，2是加速度測量電路盒，3是液晶顯不按鈕，4是選擇按鈕，5是液晶電源按鈕，6是SD卡存儲口。圖2是帶SD卡的三維加速度運動測量儀側面，其中的7是彈性固定扣環(huán)。圖3是信號處理電路。圖4是SD卡接口電路。
具體實施方式
在本測量儀使用中，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(jīng)測量電路放大、濾波和傳感信號的調(diào)理，A/D模數(shù)轉換器轉換等，最后由單片機系統(tǒng)處理并對數(shù)據(jù)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單片機，通過它的捕獲通道實現(xiàn)對運動員三維方向運動加速度的同時測量和獲取。測量儀結構合理，穩(wěn)定可靠，可以長時間采集數(shù)據(jù)，適合于對運動員的加速度測量和大專院校的力學、電子技術等課程的教學測量。聲音檢測電路的靈敏度可以進行調(diào)節(jié)，當環(huán)境噪聲比較大時，應降低靈敏度，當環(huán)境噪聲比較小時，可以提高靈敏度。在本測量儀中，使用A/D單元的3個模擬輸入通道采集垂直、前后、側向3個方向的加速度電壓信號。其中前后方向的加速度信號接入模擬輸入通道AO，側向的加速度信號接入模擬輸入通道Al，垂直方向的加速度信號接入模擬輸入通道A2，未使用的模擬輸入通道都連接模擬地。使用電源電壓作為A/D轉換的參考電壓。3個方向的數(shù)據(jù)轉換采集的順序為側向、前后向和垂直向，每個通道轉換結束后，會觸發(fā)A/D中斷，將A/D轉換結果保存入緩存數(shù)組中。由于MSP430F2274單片機的TimerA模塊采用特殊的計數(shù)模式，所以定時準確，不存在由于計數(shù)器重裝載初始值產(chǎn)生的時間誤差。同時在單片機IK字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM區(qū)為A/D采樣程序分配了 512字節(jié)作為保存采樣數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，以配合數(shù)據(jù)存入SD卡的操作過程。為了完成單片機與SD卡的通信過程，需要將單片機集成的通用串行通信接口(USCI)單元配置為SPI工作模式。。本測量儀采用SanDisk公司生產(chǎn)的SD卡，SD卡工作在SPI模式，其SPI接口利用 SD 卡的 CS、SCLK、DATA IN,DATA OUT 與 MSP430F2274 進行通信，其中 DATAIN 和 DATA OUT是數(shù)據(jù)的輸入和輸出信號線，CS是SD片的片選信號線，在整個SPI操作過程中，CS必須保持低電平有效，SCLK是外部控制器提供的時鐘信號。·
權利要求1.一種帶SD卡的三維加速度運動測量儀，其特征是帶SD卡的三維加速度運動測量儀由加速度測量電路盒和彈性固定扣環(huán)構成，加速度測量電路盒上具有電源按鈕、選擇按鈕、兩個顯示按鈕、SD卡存儲口和液晶屏，加速度測量電路盒內(nèi)具有三維加速度傳感器、聲首檢測電路和單片機控制電路。
2.根據(jù)權利要求I所述的帶SD卡的三維加速度運動測量儀，其特征是其三維加速度傳感器采用MMA7260。
3.根據(jù)權利要求I所述的帶SD卡的三維加速度運動測量儀，其特征是其單片機控制電路所采用的單片機芯片為MSP430F2274。
4.根據(jù)權利要求I所述的帶SD卡的三維加速度運動測量儀，其特征是其聲音檢測電路所采用主芯片為LM358。
5.根據(jù)權利要求I所述的帶SD卡的三維加速度運動測量儀，其特征是其SD卡存儲所采用的是SanDisk公司的SD卡，SD卡工作在SPI模式。
專利摘要本實用新型涉及一種帶SD卡的三維加速度運動測量儀，帶SD卡的三維加速度運動測量儀由加速度測量電路盒和彈性固定扣環(huán)構成，加速度測量電路盒上具有電源按鈕、選擇按鈕、兩個顯示按鈕、SD卡存儲口和液晶屏，加速度測量電路盒內(nèi)具有三維加速度傳感器、聲音檢測電路和單片機控制電路。本運動測量儀通過對三維加速度信號的獲取、處理和顯示，實現(xiàn)了方便的加速度數(shù)據(jù)的采集與存儲。測量儀結構合理，穩(wěn)定可靠，可以長時間采集數(shù)據(jù)，適合于對運動員的加速度測量和大專院校的力學、電子技術等課程的教學測量。
文檔編號G01P15/18GK202710600SQ20122041923
公開日2013年1月30日 申請日期2012年8月23日 優(yōu)先權日2012年8月23日
發(fā)明者譚曉川 申請人:譚曉川