专利名称：便携式三维加速度运动测量仪的制作方法
技术领域：
便携式三维加速度运动测量仪技术领域[0001]本实用新型涉及一种便携式三维加速度运动测量仪，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]本便携式三维加速度运动测量仪，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，结合单片机控制系统和存储电路，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，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。同时本实用新型也适用于力学、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、单片机控制电路和多种接口的便携式三维加速度运动测量仪，便携式三维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卡存储口、USB接口、开关按钮、开始按钮和电源指示LED，加速度测量电路盒内具有三维加速度传感器、单片机控制电路和存储电路。测量仪体积小、重量轻，可以长时间采集三维加速度数据。[0006]测量仪的单片机控制电路所采用的单片机芯片为TI公司为便携设备开发的16位 MSP430F2274, MSP430F2274单片机内部集成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QFP64贴片封装，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。而且，数字控制的振荡器(DCO)可使器件从低功耗模式迅速唤醒，在少于1μ s的时间内使处理器工作于激活状态。[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ΜΜΑ7260，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。ΜΜΑ7260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，测量仪通过单片机的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1kHz，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。[0009]本测量仪采用的USB接口芯片是TI公司的TUSB3410，它包含一个8052微控制器单元以及可以通过I2C总线从主机或从外部板上内存加载的16KB RAM。TUSB3410符合通用串行总线的USB2. O规范，支持12Mbps的数据速率，包含使用USB总线与主机进行高效通信所必需的全部逻辑，是一款高性能的USB接口器件，适合于精密的数据采集和转换。[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是便携式三维加速度运动测量仪，其中的I是加速度测量电路盒，2是电源指示LED，3是开始按钮，4是开·关按钮，5是USB接口，6是SD卡存储口。[0012]图2是便携式三维加速度运动测量仪侧面，其中的7是弹性固定扣环。[0013]图3是信号处理电路。[0014]图4是SD卡接口电路。
具体实施方式
[0015]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，最后通过单片机系统进行数据的处理和存储。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。[0016]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单片机的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。[0017]同时在单片机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。为了完成单片机与SD卡的通信过程，将单片机集成的通用串行通信接口单元配置为SPI工作模式。[0018]本测量仪的SD卡工作在SPI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。[0019]TUSB3410支持自带电源与总线供电两种模式，其通过在高速USB端口与增强型通用异步接收机/发送器(UART)串行端口之间进行桥接。在本实用新型中，TUSB3410采用总线供电模式。
权利要求1.一种便携式三维加速度运动测量仪，其特征是便携式三维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(7)构成，加速度测量电路盒(I)上设置有SD卡存储口(6)、USB接口(5)、开关按钮(4)、开始按钮(3)和电源指示LED (2)，加速度测量电路盒 (O内具有三维加速度传感器、单片机控制电路和存储电路。
2.根据权利要求I所述的便携式三维加速度运动测量仪，其特征是其三维加速度传感器采用MMA7260。
3.根据权利要求I所述的便携式三维加速度运动测量仪，其特征是路所采用的单片机芯片为TI公司的MSP430F2274。
4.根据权利要求I所述的便携式三维加速度运动测量仪，其特征是用的是SanDisk公司的SD卡，SD卡工作在SPI模式。
5.根据权利要求I所述的便携式三维加速度运动测量仪，其特征是用的USB接口芯片是TI公司的TUSB3410。:其单片机控制电 :其SD卡存储所采 :其USB接口所采
专利摘要本实用新型涉及一种便携式三维加速度运动测量仪，便携式三维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卡存储口、USB接口、开关按钮、开始按钮和电源指示LED，加速度测量电路盒内具有三维加速度传感器、单片机控制电路和存储电路。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G01P15/18GK202748379SQ201220426298
公开日2013年2月20日 申请日期2012年8月26日 优先权日2012年8月26日
发明者汪建, 范秋丽, 黄昕 申请人:四川农业大学, 汪建