ADXL345芯片使用心得

ADXL345使用心得一、芯片的偏移校準(zhǔn)加速度計(jì)為機(jī)械結(jié)構(gòu)，包含可以自由移動(dòng)的元件。這些運(yùn)動(dòng)部件對(duì)機(jī)械應(yīng)力非常靈敏，程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過固態(tài)電子產(chǎn)品。0g偏置或偏移為重要加速度計(jì)指標(biāo)，因?yàn)樗x了用于測(cè)量加速度的基線。組裝載有加速度計(jì)的系統(tǒng)時(shí)，可施加附加應(yīng)力。這些應(yīng)力可能來自，但不限于，元件焊接、安裝時(shí)的電路板應(yīng)力和元件上的任何混合物的應(yīng)用。如果有必要校準(zhǔn)，建議系統(tǒng)組裝完成后進(jìn)行校準(zhǔn)，以補(bǔ)償這些影響。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，傳感器的校零方法：但是這款芯片不能用這個(gè)方法，ADXL345輸出的是X、Y、Z三個(gè)軸向的原始數(shù)據(jù)，要得出角度值必須要經(jīng)過實(shí)際換算，其公式為：.............................x軸向角度.............................y軸向角度由此可見該函數(shù)的曲線是反正切的曲線，若是單純的記錄一個(gè)零點(diǎn)值，在最后的結(jié)果中減去零點(diǎn)角度值，可以肯定不準(zhǔn)，我也做過相應(yīng)的測(cè)試事實(shí)證明也是這樣。真正的校準(zhǔn)方法是利用傳感器自帶的偏移校準(zhǔn)寄存器來進(jìn)行修正，具體步驟如下：a、獲取當(dāng)前的X、Y、Z三軸的原始偏移量（注意：當(dāng)前校準(zhǔn)狀態(tài)一定要為水平--整機(jī)平放在水平狀態(tài)；樣本數(shù)要多取一些求平均，建議100Hz或更高數(shù)據(jù)率的起點(diǎn)為0.1sec。這相當(dāng)于100Hz的數(shù)據(jù)速率10個(gè)樣本。對(duì)于低于100Hz的數(shù)據(jù)速率，建議平均至少有10個(gè)樣本）得到的數(shù)據(jù)分別為、、b、計(jì)算出Z軸在0g狀態(tài)下的原始偏移量c、計(jì)算出寫入寄存器的數(shù)據(jù)：芯片的偏移寄存器地址為x、y、z軸分別對(duì)應(yīng)0x1E，0x1F，0x20，都為單字節(jié)而且?guī)Х?hào)。因此，需要將、、這3個(gè)數(shù)計(jì)算成單字節(jié)帶符號(hào)的整數(shù)。具體公式如下：其中Round（）函數(shù)為四舍五入函數(shù)：#defineround(x)((x)>=0?(long)((x)+0.5):(long)((x)-0.5))d、將OFSX、OFSY、OFSZ三組數(shù)據(jù)寫入對(duì)應(yīng)的偏移寄存器，完成偏移校準(zhǔn)。注意：正如ADXL345的所有寄存器，當(dāng)器件電源移除后，偏移寄存器不保留寫入值。重新啟動(dòng)ADXL345，返回偏移寄存器，進(jìn)入默認(rèn)值0x00，因此在上電后必須寫入偏移值！這種校準(zhǔn)方法會(huì)給測(cè)量結(jié)果帶來一定的影響：這種校準(zhǔn)原理是寫入寄存器中的值在實(shí)際測(cè)量過程中會(huì)在測(cè)得值中加上（或減去）。這種方法會(huì)導(dǎo)致最后輸出的原始數(shù)據(jù)（、、）發(fā)生變化，在未向偏移量寄存器寫入值時(shí)，測(cè)得的、、值如下：0°~90°0~-256252~090°~180°-256~00~-262180°~270°0~256-262~0270°~360°256~00~252經(jīng)過測(cè)試，對(duì)Z軸偏移量的值修正對(duì)測(cè)量結(jié)果起主要作用，X軸的值也有一定的影響，但是當(dāng)向X軸偏移寄存器寫入的值過大時(shí)會(huì)導(dǎo)致在0~90度范圍內(nèi)無法完成0~Xmax（256）的變化，從而導(dǎo)致整個(gè)量程內(nèi)的角度值不再是周期性變化的，無法完成0°~360°的全程測(cè)量，而且實(shí)際測(cè)得的角度值也不準(zhǔn)，因此在實(shí)際使用中必須在0°左右調(diào)零，而不能把任意角度設(shè)為0°！需要任意角度設(shè)零可以用在偏移校零準(zhǔn)確后在配合減去初始值的方法來實(shí)現(xiàn)。二、溫度對(duì)芯片的影響ADXL345的溫度特性并不是很好，根據(jù)官方手冊(cè)給出的數(shù)據(jù)：X、Y軸的0g偏移與溫度的關(guān)系為：±0.4mg/℃Z軸的0g偏移與溫度的關(guān)系為：±1.2mg/℃而我們測(cè)量?jī)A角是選用的全分辨率，±2g范圍，其靈敏度典型值為256LSB/g，當(dāng)溫度變化較大時(shí)偏移量就會(huì)發(fā)生較大的變化，下表是各個(gè)溫度下4片ADXL345的零點(diǎn)偏移量（已經(jīng)換算成單字節(jié)帶符號(hào)整數(shù)）：1號(hào)0度10度20度30度40度Fx0101010101Fz090B0C0D0E2號(hào)0度10度20度30度40度Fx0303030303Fz09090A0D0F3號(hào)0度10度20度30度40度Fx0302020202Fz0404060A0C4號(hào)0度10度20度30度40度Fx0000010000Fz040606090D表1各溫度值下的零點(diǎn)偏移量有上表可知，在應(yīng)用范圍內(nèi)（0℃~40℃）X軸的溫漂可以忽略，Z軸的溫漂就比較嚴(yán)重，針對(duì)以上情形，Z軸數(shù)據(jù)需要對(duì)溫度進(jìn)行補(bǔ)償，而且每一片芯片的溫度系數(shù)都不一樣，因此在溫度補(bǔ)償時(shí)需要采用特殊的方法。我采用的是高低溫補(bǔ)償，通過對(duì)高溫、低溫都經(jīng)行一次校準(zhǔn)，測(cè)出偏移量與溫度之間的線性關(guān)系，然后進(jìn)行補(bǔ)償：由于該數(shù)字芯片的特殊性（補(bǔ)償?shù)闹敌枰獙懭肫萍拇嫫鳎仨殲檎麛?shù)），且變化范圍較小，導(dǎo)致補(bǔ)償值每相差1對(duì)測(cè)的結(jié)果影響比較大，所以補(bǔ)償方法又與公司的其他產(chǎn)品略有差異：補(bǔ)償時(shí)以溫度段（單位溫度）為單位，每個(gè)溫度段長(zhǎng)度并不一樣由各個(gè)傳感器的實(shí)際特性所決定，其值Zt的計(jì)算方法如下，高溫（>35℃）、低溫（<5℃）兩個(gè)溫度下各校零一次，計(jì)算出Zt：在程序中，根據(jù)實(shí)際溫度T的變化進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償值為低溫偏移量加上溫度段的值：實(shí)際上，傳感器在常溫下也有一次校零，便于實(shí)際使用，該校零值也可以加以利用，當(dāng)溫度值處于常溫值附近Zt以內(nèi)時(shí)，可以寫入常溫校零偏移量，整個(gè)溫度補(bǔ)償流程圖如下：三、供電電壓對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響：ADXL345重力芯片的額定供電電壓為2.0V~3.6V,下表是對(duì)各個(gè)供電電壓下不作任何偏移校準(zhǔn)時(shí)測(cè)得的角度值：表一不作任何校零補(bǔ)償2.0V2.5V3.0V3.6V0°-1.7-3.2-4.1-3.215°13.912.110.413.030°29.527.426.329.545°46.143.743.447.360°62.359.758.663.975°77.675.574.778.090°-86.6-89.0-89.4-88.6工作狀況波動(dòng)穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定由上表可知，不同的工作電壓對(duì)測(cè)量結(jié)果有比較大的影響；下面針對(duì)各個(gè)電壓下進(jìn)行一次偏移校準(zhǔn)，測(cè)量其線性度：表二在個(gè)各電壓模式下進(jìn)行校零補(bǔ)償2.0V2.5V3.0V3.6V0°0.00.00.00.015°14.514.515.214.430°28.929.429.330.045°44.244.445.145.060°58.659.659.960.475°73.474.174.474.890°89.289.589.489.4工作狀況波動(dòng)穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定