1  說(shuō)明


測量物體的傾斜角度是加速器傳感器的一種常見(jiàn)的應用。雖然其基本原理十分簡(jiǎn)單，但是在具體實(shí)現中仍然會(huì )遇到很多困難，比如傾斜角度的精度問(wèn)題，數學(xué)計算過(guò)于復雜等等。本文將對精度問(wèn)題進(jìn)行詳細討論，并給出一種簡(jiǎn)化的計算方法。


2  基本原理


由于加速度傳感器在靜止放置時(shí)受到重力作用，因此會(huì )有 1g 的重力加速度。利用這個(gè)性質(zhì)，通過(guò)測量重力加速度在加速度傳感器的 X 軸和 Y 軸上的分量，可以計算出其在垂直平面上的傾斜角度。

這樣，根據以上原理一個(gè) 2 軸加速度傳感器可以測量在 X-Y 平面上的傾斜角度。


需要注意的是，2 軸加速度傳感器只能測量 X 軸和 Y 軸上的重力分量，因而只能測量 因而只能測量 X-Y平面上的傾斜角度 ?？墒怯捎谖矬w在空間傾斜的時(shí)候，很難保證傾斜*在 X-Y 平面上，這樣只使用 2 軸加速度傳感器進(jìn)行測量會(huì )存在局限性，因此，我們考慮使用 3 軸加速度傳感器。如下圖所示，3 軸加速度傳感器可以測量 X 軸、Y 軸和 Z 軸的重力分量，計算空間傾斜角度的公式可以推廣為 。
 

這個(gè)公式就是本文中用來(lái)測量物體傾斜角度的基本原理。需要說(shuō)明的是，這里利用的是物體在靜止時(shí)受到重力的性質(zhì)，如果物體同時(shí)也有運動(dòng)加速度的話(huà)，那么這個(gè)公式將不再準確。所以必須為公式增加一個(gè)限制條件，即



3  硬件實(shí)現


目前，在消費類(lèi)產(chǎn)品中使用的加速度傳感器分為數字輸出 （例如 ADXL345）和模擬輸出 （例如 ADXL335）兩種。數字輸出的加速度傳感器可以直接通過(guò) I2C 或 SPI 總線(xiàn)與 MCU 進(jìn)行連接；模擬輸出的加速度傳感器則需要使用 ADC 進(jìn)行采樣?，F在，普遍使用的 MCU 中基本都有內置的 ADC 通道，所以無(wú)論是數字輸出還是模擬輸出的加速度傳感器都可以非常容易地和 MCU 進(jìn)行連接，進(jìn)而實(shí)現測量功能。