三軸加速度傳感器是基于加速度的基本原理去實(shí)現(xiàn)工作，其特點(diǎn)時(shí)體積小和重量輕。三軸加速度傳感器是加速度傳感器中用來(lái)測(cè)量空間加速度的傳感器，即測(cè)量物體在空間中速度變化的快慢，三軸加速度傳感器與單軸、兩軸加速度傳感器在測(cè)量原理上沒(méi)有差別，他們的主要差別在于測(cè)量的維度不同，三軸加速度傳感器主要是將空間加速度在X、Y、Z三個(gè)軸上進(jìn)行分解，在一定的技術(shù)上三個(gè)單軸就可以變成一個(gè)三軸。本文比較使用三軸加速度傳感器與使用單/雙軸加速度傳感器有什么優(yōu)點(diǎn)，以及如何使用Digi-Key的技術(shù)資源來(lái)加速設(shè)計(jì)進(jìn)程。 

三軸加速度傳感器的優(yōu)點(diǎn)

全面掌握物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，雙軸加速傳感器可以保證XY平面上的傾斜角檢測(cè)。但是在實(shí)際應(yīng)用中，很難保證傾斜只發(fā)生在XY平面。加上第三條軸之后，便可全面掌握物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。三軸加速度傳感器除了像雙軸加速度傳感器一樣，可以分別計(jì)算出在XY平面、YZ平面、XZ平面的傾斜角外。還可以計(jì)算出每條軸與參考位置的夾角。圖1， XYZ三軸與參考位置的夾角。

圖1：XYZ三軸與參考位置的夾角

θ 水平面與X軸夾角

Ψ水平面與Y軸夾角

Φ重力矢量與Z軸夾角

引入?yún)⒖嘉恢玫母拍睿话惆褏⒖嘉恢迷O(shè)置為：z軸上重力分量為1，而XY軸上沒(méi)有重力分量的位置。此時(shí)θ、Ψ、Φ的角度為0。通過(guò)計(jì)算θ、Ψ、Φ三個(gè)角度，便可知道物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

圖2：XYZ三軸與參考位置的夾角計(jì)算公式

檢測(cè)傾斜角：三種加速度傳感器比較

該使用哪種加速度傳感器，應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用要求而定，比如檢測(cè)傾斜角范圍、檢測(cè)對(duì)象在XYZ三軸運(yùn)動(dòng)上是否有限定、檢測(cè)精度要求等等。

硬件實(shí)現(xiàn)

但是在實(shí)際應(yīng)用中，很難保證傾斜只發(fā)生在X-Y平面。因此，用三軸傳感器的傾角計(jì)算公式可拓展如下：

上述公式基本解決了靜態(tài)環(huán)境下的傾角計(jì)算，我們?cè)倏紤]一種更復(fù)雜的場(chǎng)景，運(yùn)動(dòng)條件下計(jì)算傾角，就需要再增加一個(gè)限定條件，即：

目前，在消費(fèi)類產(chǎn)品中使用的加速度主要為數(shù)字輸出（I2C/SPI），可以非常簡(jiǎn)單的跟MCU通信，實(shí)現(xiàn)測(cè)量功能。ST提供的產(chǎn)品按照精度分為L(zhǎng)IS2DH12TR（12bit），LIS2HH12TR（16bit），車規(guī)加速度AIS328DQTR（12bit）。

傾斜角度的精度和加速度值的分辨率之間的關(guān)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

本文小結(jié) 

本系列文章僅僅討論了檢測(cè)傾斜角一個(gè)方面的應(yīng)用。如果在實(shí)際應(yīng)用中需要考慮更多的應(yīng)用，通常要收集分析整理各個(gè)方面的信息。此時(shí)三軸加速度傳感器的功能往往是單軸/雙軸加速度傳感器無(wú)法替代的。