利用加速度传感器测量物体的倾斜角度

selinazhang 提交于 周四, 07/06/2017
利用加速度传感器测量物体的倾斜角度

测量物体的倾斜角度是加速度传感器的一种常见应用,虽然测试原理十分简单,但具体实现过程中仍然会遇到很多问题,比如倾斜角度的精度问题,环境干扰问题。本文将对精度问题进行讨论,并给出一种简化的计算方式。

基本原理

由于加速度传感器在静止放置时受到重力作用,因此会有1g的重力加速度。利用这个性质,通过测量重力加速度在X/Y轴上的分量,可以计算出在垂直平面上的倾斜角度。

图1

如图所示,有Ax=gsinα,Ay=gcosα。则Ax/Ay=tanα,即α=arctan(Ax/Ay)。
根据以上原理就可以根据2轴加速度传感器测量X-Y的平面上的倾斜角度。
但是在实际应用中,很难保证倾斜只发生在X-Y平面。因此,用三轴传感器的倾角计算公式可拓展如下:

图2

上述公式基本解决了静态环境下的倾角计算,我们再考虑一种更复杂的场景,运动条件下计算倾角,就需要再增加一个限定条件,即:

图3

硬件实现

目前,在消费类产品中使用的加速度主要为数字输出(I2C/SPI),可以非常简单的跟MCU通信,实现测量功能。ST提供的产品按照精度分为LIS2DH12TR(12bit),LIS2HH12TR(16bit),车规加速度AIS328DQTR(12bit)。

倾斜角度的精度和加速度值的分辨率之间的关系:

8bit的ADC可以得到3.4。以上的精度
10bit的ADC可以得到0.8。以上的精度
12bit的ADC可以得到0.2。以上的精度
14bit的ADC可以得到0.05。以上的精度
16bit的ADC可以得到0.0124。以上的精度

 

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