专利名称：基于蓝牙的3d加速度和角速度实时采集与发送传感模块的制作方法
技术领域：
本发明属于电子信息领域。是一种基于蓝牙技术，能实时采集和传送3D加速度和角速度数据的无线传感模块。
背景技术：
目前已有的3D加速度和角速度传感器和陀螺仪，可以实时、准确的采集物体运动过程中的3D加速度和角速度数据。虽然这些传感器模块非常小，但由于其复杂的针脚及连线，使得集成应用困难，降低了实用性。此外，现在的智能手机、笔记本等移动终端设备都集成了蓝牙通讯模块，市场上需要一款能既能采集物体活动的3D加速度和角速度数据，并能通过蓝牙发送所采集数据的传感模块。针对上述问题，本发明提供了一种基于蓝牙技术，能实时采集和传送3D加速度和角速度数据的无线传感模块；同时，开发人员可以采用Arduino开发环境针对本模块编写程序，设置传感器的采样率、蓝牙数据传输速率，并将程序下载至模块以适应不同应用需要。
发明内容
针对3D加速度和角速度传感器、蓝牙模块以及Atmega328P微处理器的大小和针脚特征，本发明设计了核心芯片组的排列与布线方法；设计相应的PCB电路板以集成3D加速度传感器、陀螺仪、蓝牙模块、Atmega328P处理器、FT232RQ串口通信芯片、LP2992锂电池控制芯片和MAX1555充电控制器。本发明不仅能实时采集物体活动的3D加速度和角速度数据，并通过蓝牙发送数据。同时，开发人员可以采用Arduino开发环境针对该模块编写程序，设置传感器的采样频率、蓝牙数据传输的速率，并通过USB电缆将程序下载至本模块以适应不同应用的需要。模块设计布局如图1所示。本发明是一块集成有ADXL3453D加速度传感器、ITG3205陀螺仪、BC417143蓝牙模块、Atmega328P处理器、FT232RQ串口通信芯片、LP2992锂电池充电控制芯片和MAX1555充电器的PCB电路板，其中ADXL3453D加速度传感器，通过管脚SDA和SCL与所述Atmega328P处理器的加速度信号输入端相连，ITG3205陀螺仪，通过管脚SDA和SCL和所述Atmega328P处理器的角速度信号输入端相连，BC417143蓝牙模块，FT232RQ串口芯片通过跳线引脚模块和所述Atmega328P处理器相连，其中所述跳线引脚模块，设有用标识“I”表示的TX_BT引脚，用标识“2”表示的RX_BT引脚，用标识“ 3 ”表示的TX_MCU引脚，用标识“ 4 ”表示的RX_MCU引脚，用标识“ 5 ”表示的TX_USB引脚，用标识“ 6 ”表示的RX_USB引脚，其中当引脚TX_MCU与引脚TX_USB相连，引脚RX_MCU和引脚RX_USB相连时，所述传感模块处于系统编程状态，通过所述FT232QR串口通信芯片的串口 USB向所述Atmega328P处理器烧写程序代码，或者对所述Atmega328P处理器内的运行程序代码进行监测，当引脚TX_MCU与引脚TX_BT相连，引脚RX_MCU和引脚RX_BT相连时，所述传感模块处于正常工作状态，所述Atmega328P处理器把从所述ADXL3453D加速度传感器、ITG3205陀螺仪所收集的数据传递给所述BC417143蓝牙模块，由所述BC417143蓝牙模块无线传输得到的传感数据，当引脚TX_BT与引脚RX_USB相连，引脚RX_BT和引脚TX_USB相连时，所述传感模块处于蓝牙参数修改状态，所述Atmega328P处理器通过所述FT232RQ串口通信芯片的串口USB查看或修改蓝牙的工作参数，所述Atmega328P处理器通过串口 USB与外界的3V 5V锂电池相连，进行供电或充电，在供电时通过依次串接的所述MAX1555充电器和LQ2992锂电池充电控制芯片控制供电过程，其中，所述串口 USB是所述FT232RQ提供的。本发明的优点在于一次性集成了传感器、处理器、电源、串口通信、无线通信等多种不同功能的模块，集成度高、体积小、重量轻、功耗低，因而使用十分方便；同时，开放性的电路设计使得片上编程和代码修改变得十分方便，不仅大大增强了电路的可用性，也使得系统的功能变得强大。
图1本发明的各模块设计布局图。图2本发明中跳线引脚模块原理图。
具体实施例方式本发明采用如下技术方案如图1所示,本发明采用AnalogDevices公司生产的ADXL345加速度传感器采集物体活动的3D加速度，该传感器测量范围为±6g，感应精度为4mg/LSB ;采用InvenSense的ITG3205陀螺仪采集物体活动的3D角速度，该传感器的感应精度为14. 375LSB/(° /s)，量程范围为±2000° /s，这两类传感器具有测量精度高、体积小、功耗低等特点；采用Atmel公司的Atmega328P作为中央处理单元MCU，该芯片晶阵主频为16MHz ;选择CSR公司的BC417143蓝牙模块，该模块工作于Class2模式，最大传输距离10m，数据传输速率可为1200 1382400Bits/S ;采用FT232RQ串行通信芯片为本模块提供USB接口和串行通信支持；采用LP2992锂电池控制芯片和MAX1555充电控制器，使模块既能通过3 5V锂电池供电，也可以通过USB接口电路供电，并可通过USB接口为锂电池充电。如图1所示，3D加速度传感器(管脚SDA和SCL)与Atmega328P相连，陀螺仪(管脚SDA和SCL)与Atmega328P相连，进而实现Atmega328P处理器对3D加速度和角速度数据的实时采集。Atmega328P处理器与蓝牙模块和FT232串口芯片通过跳线引脚相连。通过设置跳线引脚，使得本发明模块分别处于蓝牙修改状态、系统编程状态和正常工作状态。如图2所示，跳线引脚模块共有6个引脚。I号和2号引脚分别连接蓝牙模块BT的TX和RX引脚，3号和4号引脚分别连接单片机芯片组MCU的TX和RX引脚，5号和6号引脚分别连接串口 USB的TX和RX引脚。当3号引脚和5号引脚相连、4号引脚和6号引脚相连时，单片机芯片组MCU和串口 USB连接，此时可通过串口进行单片机内程序的烧写，也可以通过串口监测单片机内程序的运行情况。当3号引脚和I号引脚相连、4号引脚和2号引脚相连时，单片机芯片组MCU和蓝牙模块BT相连，此时单片机可将从传感器收集到的实时数据传送给蓝牙模块，由蓝牙模块将数据进行无线传输。当I号引脚和6号引脚相连、2号引脚和5号引脚相连时，蓝牙模块BT和串口 USB相连，此时可通过串口来对蓝牙进行命令行操作，以检测蓝牙模块的工作状态或改变蓝牙模块的传输波特率等工作参数。 下面结合具体实施方式
对于本发明做进一步的说明。本发明共有三种状态，分别为蓝牙修改状态、系统编程状态和正常工作状态，不同状态下跳线引脚的连接方法不同。本发明处于蓝牙修改状态时，串口 USB同蓝牙BT相连接，此时可以通过串口对蓝牙参数进行修改与查看。具体操作方式为将串口 USB使用数据线与计算机相连，通过计算机将命令行写入串口，从而查看或改变蓝牙参数。本发明处于系统编程状态时，串口 USB同单片机芯片组MCU相连接，此时可以通过串口向单片机烧写程序代码，也可对单片机内运行程序代码进行监测。具体操作方式为将串口 USB使用数据线与计算机相连，通过计算机上安装的开发包将编译后的程序代码烧写进单片机，或是通过开发包自带的监测窗来监测单片机中程序的运行状态。本发明处于正常状态时，蓝牙BT同单片机芯片组MCU相连接，此时单片机可将从传感器收集的数据传送给蓝牙模块，蓝牙则可以将数据包无线传输出去。具体工作方式为由3D加速度传感器和陀螺仪两个传感器对物体运动数据进行采集，采集后的数据交给单片机进行处理与打包，单片机将处理好的数据包以字符串形式交给蓝牙模块，蓝牙模块根据相应设置将数据包发送出去，接收设备收到数据包后通过软件解析，即可获得相关数据。其中，接收设备为安装有蓝牙接收模块的智能设备，可以是手机、计算机等等。
权利要求
1.基于蓝牙的3D加速度和角速度实时采集发送的传感模块，其特征在于，是一块集成有ADXL3453D加速度传感器、ITG3205陀螺仪、BC417143蓝牙模块、Atmega328P处理器、 FT232RQ串口通信芯片、LP2992锂电池充电控制芯片和MAX1555充电器的PCB电路板，其中ADXL3453D加速度传感器，通过管脚SDA和SCL与所述Atmega328P处理器的加速度信号输入端相连，ITG3205陀螺仪，通过管脚SDA和SCL和所述Atmega328P处理器的角速度信号输入端相连，BC417143蓝牙模块，FT232RQ串口芯片通过跳线引脚模块和所述Atmega328P处理器相连，其中所述跳线引脚模块，设有用标识“I”表示的TX_BT引脚，用标识“2”表示的RX_BT引脚，用标识“ 3 ”表示的TX_MCU引脚，用标识“ 4 ”表示的RX_MCU引脚，用标识“ 5 ”表示的TX_ USB引脚，用标识“6”表示的RX_USB引脚，其中当引脚TX_MCU与引脚TX_USB相连，引脚RX_MCU和引脚RX_USB相连时，所述传感模块处于系统编程状态，通过所述FT232QR串口通信芯片的串口 USB向所述Atmega328P处理器烧写程序代码，或者对所述Atmega328P处理器内的运行程序代码进行监测，当引脚TX_MCU与引脚TX_BT相连，引脚RX_MCU和引脚RX_BT相连时，所述传感模块处于正常工作状态，所述Atmega328P处理器把从所述ADXL3453D加速度传感器、ITG-3205陀螺仪所收集的数据传递给所述BC417143蓝牙模块，由所述BC417143蓝牙模块无线传输得到的传感数据，当引脚TX_BT与引脚RX_USB相连，引脚RX_BT和引脚TX_USB相连时，所述传感模块处于蓝牙参数修改状态，所述Atmega328P处理器通过所述FT232RQ串口通信芯片的串口 USB 查看或修改蓝牙的工作参数，所述Atmega328P处理器通过串口 USB与外界的3V 5V锂电池相连，进行供电或充电， 在供电时通过依次串接的所述MAX1555充电器和LQ2992锂电池充电控制芯片控制供电过程，其中，所述串口 USB是所述FT232RQ提供的。
全文摘要
基于蓝牙的3D加速度和角速度实时采集发送的传感模块属于传感数据传输技术领域，其特征在于，是一块集成有3D加速度传感器、陀螺仪、蓝牙模块、Atmega328P处理器、串口通信芯片、充电控制器和锂电池控制芯片的PCB电路板，当串口USB与蓝牙模块相连时处于Atmega328P处理器对蓝牙模块进行参数修改的状态；当串口USB与Atmega328P处理器的芯片组MCU相连时，处于系统修改状态，外部通过串口USB向Atmega328P处理器输入修改代码；当蓝牙模块与Atmega328P处理器相连时处于工作状态，Atmega328P微处理器通过蓝牙模块向外发送传感数据。本发明传感器的集成化，提高了实用性。
文档编号G01C23/00GK103047997SQ201210575969
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者何坚, 李杨, 刘涛, 刘金伟 申请人:北京工业大学