[发明专利]一种三维加速度测量方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维加速度测量方法和装置，属于运动学、力学、电子学的测量仪器技术领域。

背景技术

将加速度传感器应用于体育运动之中，可以用于获取运动员的速度和力量等信息，可以对运动员的反应能力和加速度进行测定，对运动员的训练有很大的帮助作用。

以前对运动员反应能力的测定，大多是通过简单的对声光反应时间的测定方法，或者是通过计算机模拟测定的方法对运动员进行反应能力的测试。但是这些测试方法受外界环境和人的主观心理因素的影响较大，误差较大，不能准确客观地反映运动员在运动中的神经反应的能力。

本发明的一种三维加速度测量方法和装置，可通过对运动员听到发令后的运动加速度的测量，掌握每一个运动员的神经和运动反应的情况，以提高运动员听发令枪后的起跑速度。本发明采用了较先进的三维加速度传感器，结合声音检测和单片机控制系统，不但可以在运动场上直接、精确地测定运动员的起跑反应和加速度，而且还可以对加速度进行分析和综合，能促进运动员加速度的研究以及提高运动员的训练水平，为运动员的选材和训练提供科学的参考依据。同时本发明也适用于力学、电子学等课程的实验领域。

发明内容

本发明针对现有测量仪器的不足，提出结合了液晶显示屏、三维加速度传感器和单片机控制电路的一种三维加速度测量方法和装置，测量方法结合三维加速度传感器、声音检测电路、单片机控制电路和液晶显示屏电路，测量装置上设置有加速度测量电路盒和弹性固定挂扣。

本测量方法的单片机采用ARM系列的LPC2129，通过它的捕获通道和ADC通道实现对三维方向的加速度进行同时测量和获取，它是一种高性能32位单片机，带有256KB嵌入的高速Flash存储器、128位宽度的存储器接口、4个32位定时器、8路10位ADC、2路CAN、PWM通道和9个外部中断，其独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行，而且具有极低的功耗，适用于要求严格的实时控制场合。

本测量方法的三维加速度传感器采用飞思卡尔半导体公司的MMA7260，它是一款单芯片三维高灵敏度加速度传感器，基于表面微机械结构，集成信号调理电路、单极点低通滤波器和温度补偿部分，并且具有4种不同的灵敏度选择模式。MMA7260Q能在XYZ三个轴向上以极高的灵敏度测量加速度的变化。它采用2.2～3.6V单电源供电，工作电流小于500μA(睡眠模式仅有3μA)，可测量0～350Hz、-6g～+6g范围内动态或静态加速度。

本测量方法采用以LM358芯片为主的声音检测电路，声音检测电路在没有检测到声音时，其输出端为高电平，当麦克风接收到一定强度的声音信号时，其输出端变为低电平，电路输出信号接到单片机。

声音检测电路用来检测发令枪的声音，作为对加速度传感器测量的起始。声音检测电路设计的重点是滤除噪音信号，当检测到发令枪枪声时产生一个脉冲信号，单片机识别后计数器开始计数。模块的电路和相关参数由多次实验后进行调整和确定。

弹性固定挂扣采用金属片制成，以保证有较好的弹性，并由螺钉与电路盒固定，弹性固定挂扣用于方便连接运动员臂带或腰带。

测量电路盒主机的液晶显示屏具有电源按钮和两个显示按钮。

附图说明

图1是三维加速度测量装置图，其中的1是液晶显示屏，2是加速度测量电路盒，3是液晶显示按钮，4是液晶电源按钮。

图2是三维加速度测量装置侧面图，其中的5是弹性固定挂扣。

图3是信号处理电路。

图4是声音检测电路。

具体实施方式

结合附图，下面具体说明加速度测量方法和装置的工作过程和电路调节情况。

三维加速度传感器收到声音信号后，开始感应运动员的运动，并把运动的变化转换为电压的变化，再经测量电路放大、滤波和传感信号的调理，A/D模数转换器转换等，最后由单片机系统处理并对数据进行存储和显示。三维方向加速度信息获取和处理电路主要利用32位高性能ARM单片机LPC2129，通过它的捕获通道和ADC通道实现对运动员三维方向运动加速度的同时测量和获取。

测量方法通过使用LPC2129定时器中断来捕获加速度信号，同时触发ADC中断，以完成对加速度信号的测量。它由内部定时器计数溢出引发，由单片机发出采用中断处理请求，然后启动ADC模块，完成A/D转换功能。同时为了保存采集的数据，在单片机内部SRAM中开辟一段环形存储区，以保证数据能够得到及时的处理，也节省了内存空间。最后将采集到的三维振动加速度信息分别进行处理，经驱动后由液晶屏显示。

声音检测电路的灵敏度可以进行调节，调节电位器RP5，当环境噪声比较大时，应降低灵敏度，当环境噪声比较小时，可以提高灵敏度。