系统硬件设计与开发

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1、第2章系统硬件设计与开发整个系统的硕件设计分为加速度信号采集电路、无线传输电路、ARM系统电路三部分。2.1硬件电路总体结构根据系统的目标和基木技术指标，并结合MEMS加速度传感器的特点，选用Freescal公司的MMA7261QT三轴加速度传感器用于加速度信号的采集。采用STC12C5410AD单片机作为信号采集部分的MCU,其内部口带的8路10位高速A/D转换器，很好得保证了传感器端输出端模拟信号的A/D转换精度。无线传输部分采用2.4GHz无线收发一体芯片HRF2401,它与STC单片机采川模拟SPI方式通信。加速度信号处理模块的ARM微处理器采川三星公司的S3C

2、44B0X,对无线模块接收到的加速度数据作相应的处理，可得到速度、位移等信息。系统结构图如图2.1所示：加速度数据接收模块图2.1系统整体结构图2.2加速度信号采集模块木设计采川Freeseale公司的MEMS三轴加速度传感器MMA7261QT测量人体运动时的加速度信号，并用宏晶科技的微控制器STC12C5410AD作为核心控制器，控制其内置的模数转换器对加速度信号进行采样，被转换为数字信号后，山nRF2401无线模块将数据传输至ARM系统。2.2.1MEMS三轴加速度传感器MMA7261QT简介MEMS(MicroElectroMechanicalSystems),即

3、微电了机械系统是建立在微米/纳米技术基础上的21世纪前沿技术，是指对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。近年來，由于MEMS技术的迅猛发展，各种基于MEMS的加速度传感器也应运而纶，目前己经得到了广泛的应用。它们有着体积小、质量轻、成木低、功耗低、可靠性高等特点，而且因为其加工工艺一定程度上与传统的集成电路工艺兼容，易于实现数字化、智能化以及批量生产，因而从问世起就引起了广泛关注，并几在汽不、医药、导航和控制、生化分析、工业检测等方面得到了较为迅速的应用。本设计屮采用的是飞思卡尔(Freescal)公司的MEMS三轴加速度传感器MMA7261QT。MM

4、A7261QT低成本微型电容式加速度传感器采用了信号调理、单极低通滤波器和温度补偿技术，并冃提供4个量程可选，用户可在4个灵敏度中的选择。该器件带有低通滤波并已做零g补偿并且还提供休喂模式，因而是电池充电的手持设备产品的理想之选[24]oMMA7261QT具有高敏感度、低噪声、高清晰度和高准确性的特点，其应用包括高级步程计，可测虽步行中人的脚步运动、距离和速度，允许根据多种不同应用和功能选择敏感度。木设计中采用MMA7261QT测量人体运动时三维的加速度信号。♦MMA7261QT特性如下:♦可选灵敏度(2.5g/3.3g/6.7/10g)；♦低功耗:500UA；♦休眠模

5、式：3UA；♦低压运行：2.2V-3.6V；♦6mmX6mmX1.45mm的无引线四方扁平(QFN)封装；♦快速开启：1ms；♦高灵敏度(2.5g)；♦低通滤波器具备内部信号调理；♦设计稳定、防震能力强；MMA7261QT的功能如图2.2所示。X、Y、Z三个相互垂直方向上的加速度G-Cel传感单元感知，经过容压变换器、增益放大、滤波器和温度补偿后以电压信号输出。MMA7261QT的三个和互垂肓的传感方向如图2.3所示。其引脚配置如表2.1所示：VDD0Vss图2.2MMA7261QT功能框图TopViewSideView[:严

6、色I14,13；-」J口r?2nrrjo「

7、9丨rlrlrlrLrril7i8—n-Y16-PmQFNPackageo-x:Arrowindicatesdirectionofmassmovement图2.3MMA7261QT的传感方向表2・1MMA7261QT引脚说明引脚序号引脚名称描述1Selectl输入逻辑电平，选择灵敏度的级别2Select2输入逻辑电平，选择灵敏度的级别3VDD电源输入4VSS电源地5~11N/C悬空12SleepMode休眠模式13ZOUTZ方向输出电压14YOUTY方向输出电压15XOUTX方向输出电压16N/C悬空2.2.2加速度传感器与MCU接口电路在加速度信号的采集中，首先使川M

8、MA7261QT获得三维加速度信号，然后传送给STC12C5410AD进行处理。STC12C5410AD是宏晶科技的STC12系列单片机，其特征如下：♦采用RISC型CPU内核，兼容普通8051指令集；♦片内含有lOKBFIash程序存储器,2KBFlash数据存储器,512BRAM数据存储器：同时内部还有看门狗(WDT)；♦片内集成MAX810专川复位电路、8通道10位ADC以及4通道PWM；♦具有可编程的8级中断源4种优先级；♦具冇在系统编程(ISP)和在应川编程(IAP)；♦片内资源丰富、集成度高、使用方便；由于MMA7261QT和