专利名称：无线便携式加速度运动测量仪的制作方法
技术领域：
无线便携式加速度运动测量仪技术领域[0001]本实用新型涉及一种无线便携式加速度运动测量仪，属于运动学、力学、电子学的测量仪器技术领域。
背景技术：
[0002]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加速度和爆发力等信息，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。[0003]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。[0004]本无线便携式加速度运动测量仪，可通过对运动员运动加速度的测量，掌握每一个运动员的神经和运动反应的情况。本实用新型采用了较先进的三维加速度传感器，结合微处理器控制系统和无线发射电路及存储电路，可以在运动场上直接、精确地测定和存储运动员的反应和加速度情况，也可以更方便和及时地将加速度信息无线发射出去，本实用新型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。同时也适用于力学、电子学等课程的测量领域。发明内容[0005]本实用新型针对现有测量仪器的不足，提出结合了三维加速度传感器、微处理器控制电路、无线发射电路和存储电路的无线便携式加速度运动测量仪，无线便携式加速度运动测量仪由加速度测量电路盒和弹性固定扣环构成，加速度测量电路盒上设置有SD卡存储、发射天线、电源指示LED、开始按钮、选择按钮和开关按钮，加速度测量电路盒内具有三维加速度传感器、微处理器控制电路、无线发射电路和存储电路。测量仪体积小、重量轻， 可以长时间采集三维加速度数据。[0006]测量仪的微处理器控制电路所采用的微处理器芯片为TI公司为便携设备开发的 16位MSP430F2274，MSP430F2274微处理器内部集成32K字节片内Flash程序存储器和IK 字节数据RAM。8通道10位逐次逼近型A/D转换器、硬件乘法器、I路精确模拟比较器、片内看门狗定时器、3路具有硬件捕获/比较和PWM输出功能的16位定时器、2路通用串行通讯接口和片内温度传感器。同时芯片采用贴片式封装，节省电路板面积。另外，它的时钟系统是专为电池供电系统而特别设计的，具有其灵活的时钟源(外部高速晶振、外部低速晶振、 数字控制振荡器)、可选择的4种低功耗模式，可以使器件达到最低的功率消耗。[0007]本测量仪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。MMA7260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500 μ A(睡眠模式仅有3 μ A)，可测量O 350Hz、-6g +6g范围内动态或静态加速度。[0008]本测量仪的无线发射电路采用TI公司的无线射频收发芯片CC2500作为无线通信模块控制器。CC2500是TI公司的2. 4GHz无线频带的高接收灵敏度、低功耗、低成本的无线射频收发芯片，无线通讯在空旷传输距离可达140米，通讯速率可达500kb/s，采用 SPI 口控制，发射电流IlmA至21mA可调，接收电流15mA，休眠电流小于20uA。工作温度范围-20°C +85°C。工作电压1· 8-3. 6伏。它的有效频率在2400-2483. 5MHz波段，具有多信道可编程，并可以方便地实现跳频功能。[0009]本测量仪SD卡存储所采用的是SanDisk公司的SD卡，SD卡工作在SPI模式，测量仪通过微处理器的A/D转换，将加速度传感数据存储于SD卡中。测量仪整个系统由3V 电池供电。如果A/D转换器采样频率达到IkHz，在SD存储卡内部按照FAT16存储格式创建 Windows操作系统可辨认的文本文档记录加速度数据，256M存储卡就可连续存储12h的加速度数据。[0010]弹性固定扣环采用金属片制成，以保证有较好的弹性，并由螺钉与电路盒固定，弹性固定扣环用于方便连接运动员臂带或腰带。
[0011]图I是无线便携式加速度运动测量仪，其中的I是加速度测量电路盒，2是发射天线，3是电源指示LED，4是开始按钮，5是选择按钮，6是开关按钮，7是SD卡存储口。[0012]图2是无线便携式加速度运动测量仪侧面，其中的8是弹性固定扣环。[0013]图3是信号处理电路。[0014]图4是微处理器与发射芯片接口电路。[0015]图5是微处理器与SD卡接口电路。
具体实施方式
[0016]在测量仪的使用中，三维加速度传感器的信号经测量电路放大、滤波和信号的调理，A/D模数转换器转换等，最后通过微处理器系统进行数据的处理和存储与无线发射。测量仪结构小巧，稳定可靠，可以长时间采集数据，适合于对运动员的加速度测量和大专院校的力学、电子技术等课程的教学测量。[0017]在本测量仪中，使用A/D单元的3个模拟输入通道采集垂直、前后、侧向3个方向的加速度电压信号。其中前后方向的加速度信号接入模拟输入通道AO，侧向的加速度信号接入模拟输入通道Al，垂直方向的加速度信号接入模拟输入通道A2，未使用的模拟输入通道都连接模拟地。使用电源电压作为A/D转换的参考电压。3个方向的数据转换采集的顺序为侧向、前后向和垂直向，每个通道转换结束后，会触发A/D中断，将A/D转换结果保存入缓存数组中。由于MSP430F2274微处理器的TimerA模块采用特殊的计数模式，所以定时准确，不存在由于计数器重装载初始值产生的时间误差。[0018]微处理器MSP430F2274与CC2500共有6根连接线，分别是SCLK为时钟信号线， SO为数据输出线，SI为数据输入线，CSn为片选信号线，低电平有效，GDOO与GD02线则可用于温度传感等用途。[0019]在微处理器IK字节的片内数据RAM区为A/D采样程序分配了 512字节作为保存采样数据的数据缓冲区，以配合数据存入SD卡的操作过程。为了完成微处理器与SD卡的通信过程，将微处理器集成的通用串行通信接口单元配置为SPI工作模式，其SPI接口利用 SD 卡的 CS、SCLK、DATA IN、DATA OUT 与 MSP430F2274 进行通信，其中 DATA IN 和 DATA OUT 是数据的输入和输出信号线，CS是SD片的片选信号线，在整个SPI操作过程中，CS必须保持低电平有效，SCLK是外部控制器提供的时钟信号。
权利要求1.一种无线便携式加速度运动测量仪，其特征是无线便携式加速度运动测量仪由加速度测量电路盒(I)和弹性固定扣环(8)构成，加速度测量电路盒(I)上设置有SD卡存储(7)、发射天线(2)、电源指示LED (3)、开始按钮(4)、选择按钮(5)和开关按钮(6)，加速度测量电路盒(I)内具有三维加速度传感器、微处理器控制电路、无线发射电路和存储电路。
2.根据权利要求I所述的无线便携式加速度运动测量仪，其特征是其三维加速度传感器采用MMA7260。
3.根据权利要求I所述的无线便携式加速度运动测量仪，其特征是其微处理器控制电路所采用的微处理器芯片为TI公司的MSP430F2274。
4.根据权利要求I所述的无线便携式加速度运动测量仪，其特征是其无线发射电路采用TI公司的无线射频收发芯片CC2500作为无线通信模块控制器。
5.根据权利要求I所述的无线便携式加速度运动测量仪，其特征是其SD卡存储所采用的是SanDisk公司的SD卡，SD卡工作在SPI模式。
专利摘要本实用新型涉及一种无线便携式加速度运动测量仪，无线便携式加速度运动测量仪由加速度测量电路盒和弹性固定扣环构成，加速度测量电路盒上设置有SD卡存储、发射天线、电源指示LED、开始按钮、选择按钮和开关按钮，加速度测量电路盒内具有三维加速度传感器、微处理器控制电路、无线发射电路和存储电路。本运动测量仪通过对三维加速度信号的获取和处理，实现了方便的加速度数据的采集与存储。测量仪结构小巧，方便佩带，稳定可靠，并可以长时间采集数据，适合于对运动员的加速度测量和大专院校的力学、电子技术等课程的教学测量。
文档编号G01P15/18GK202748380SQ20122044645
公开日2013年2月20日 申请日期2012年9月2日 优先权日2012年9月2日
发明者汪建, 陈涛 申请人:四川农业大学, 汪建