LSM303D三轴加速计和三轴磁强计

合集下载

基于LSM303AGR的超紧凑高性能电子罗盘模块说明书

AN4825应用笔记基于LSM303AGR的超紧凑高性能电子罗盘模块引言本文档旨在提供ST eCompass六轴惯性传感器模块相关的使用信息和应用提示。

LSM303AGR是系统级封装的3D数字磁力计和3D数字加速度计，具有数字I2C和3线SPI接口标准输出，在组合高分辨率模式下功耗250 µA，在组合低功耗模式下功耗不超过60 µA。

由于磁力计和加速度计均具有超低噪声性能，始终具有低功耗特性，并结合了高传感精度，因此能够为客户提供最佳运动体验。

器件具有超低功耗工作模式，可实现高级节能、智能睡眠唤醒以及恢复睡眠功能。

该器件的磁场动态范围高达±50高斯，其用户可选择的满量程加速度范围为±2g/±4g/±8g/±16g。

可以对LSM303AGR进行配置，使其产生用于磁场检测的中断信号，并自动补偿由较高应用层产生的硬磁偏移。

它可配置为通过检测独立的惯性唤醒/自由落体事件以及通过器件自身的位置生成中断信号。

中断发生器的阈值和时序可由终端用户动态设定。

也可通过可自动编程的睡眠唤醒和恢复睡眠功能提高节能效率。

LSM303AGR集成了32级的先进先出（FIFO）缓冲器，允许用户存储加速度计数据，可减少主机处理器的干预。

LSM303AGR采用纤薄的小型塑料焊盘栅格阵列封装（LGA），可确保在更大的温度范围（-40 °C至+85 °C）内正常工作。

SMD封装的超小尺寸和重量使其成为手持便携式应用的理想选择，如智能手机、物联网（IoT）连接设备，穿戴，以及需要减小封装尺寸和重量的其他应用。

2020年3月DocID028927 Rev 1 [English Rev 1]1/65目录目录1引脚说明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72寄存器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93磁力计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123.1工作模式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123.1.1空闲模式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133.1.2高分辨率模式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133.1.3低功耗模式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133.1.4单次测量模式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133.2磁力计低通滤波器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143.3读取输出数据 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143.3.1启动序列 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143.3.2使用状态寄存器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153.3.3使用数据准备就绪信号 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153.3.4使用块数据(BDU)功能 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153.3.5理解输出数据 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16输出数据示例 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .163.4磁力计偏移消除 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173.5磁力计硬磁补偿 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183.6中断产生 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183.6.1中断引脚配置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193.6.2事件状态. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193.6.3阈值中断 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193.7磁力计自检 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214加速度计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234.1工作模式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234.1.1下电模式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244.1.2高分辨率模式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244.1.3正常模式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244.1.4低功耗模式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254.1.5切换模式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254.2启动序列 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2/65DocID028927 Rev 1 [English Rev 1]目录4.2.1读取加速度数据 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26使用状态寄存器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26使用数据就绪(DRY)信号. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26使用块数据更新（block data update，BDU）功能. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .274.2.2理解加速度数据 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27数据对齐. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27大小端序选择 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27加速度数据示例 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27 4.3高通滤波器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284.3.1滤波器配置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29正常模式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29参考模式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30自动复位. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30 4.4中断产生 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314.4.1中断引脚配置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 4.5惯性中断 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324.5.1持续时间 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334.5.2阈值. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334.5.3自由落体和唤醒中断 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34惯性唤醒. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35不使用高通滤波器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36使用高通滤波器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .374.5.4自由落体检测 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 4.66D/4D方向探测 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394.6.16D方向探测 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394.6.24D方向 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 4.7单击和双击识别 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414.7.1单击 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414.7.2双击 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424.7.3寄存器说明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44CLICK_CFG_A (38h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44CLICK_SRC_A (39h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45CLICK_THS_A (3Ah) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45TIME_LIMIT_A (3Bh) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46TIME_LATENCY_A (3Ch) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46TIME_WINDOW_A (3Dh). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46CTRL_REG3_A [中断CTRL寄存器] (22h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .474.7.4示例1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48调整TAP_TimeLimit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48DocID028927 Rev 1 [English Rev 1]3/65目录调整TAP_Latency. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49调整TAP_Window. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .504.8先进先出（FIFO）缓冲器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514.8.1FIFO说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514.8.2FIFO寄存器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52控制寄存器5（0x24）. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52FIFO控制寄存器（0x2E） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53FIFO状态寄存器（0x2F） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .544.8.3FIFO模式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55Bypass模式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55FIFO模式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55Stream模式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56Stream-FIFO模式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .594.8.4水位标志 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604.8.5从FIFO中读取数据 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 614.9温度传感器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 624.10加速度计自检 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 5版本历史 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644/65DocID028927 Rev 1 [English Rev 1]表格索引表格索引表 1.引脚说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8表 2.寄存器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9表 3.工作模式的电流消耗. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12表 4.工作模式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12表 5.单次测量模式（HR和LP模式）下的最大ODR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13表 6.低通滤波器、相对带宽和噪声. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14表 7.CFG_REG_C_M寄存器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19表 8.INT_CTRL_REG_M寄存器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19表 9.工作模式选择 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23表 10.数据速率配置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23表 11.工作模式的电流消耗. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24表 12.操作模式转换的导通时间 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25表 13.输出数据寄存器内容与加速度对比(FS = 2 g) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28表 14.高通滤波器模式配置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29表 15.低功耗模式 - 高通滤波器截止频率[Hz] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29表 16.参考模式LSB值. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30表 17.CTRL_REG3_A寄存器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31表 18.CTRL_REG3说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31表 19.CTRL_REG6寄存器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31表 20.CTRL_REG6寄存器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31表 21.中断模式配置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32表 22.正常模式下的持续时间LSB值. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33表 23.阈值LSB值 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33表 24.6D位置中的INT1_SRC_A寄存器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41表 25.CLICK_CFG_A寄存器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44表 26.CLICK_CFG_A说明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44表 27.真值表. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44表 28.CLICK_SRC_A寄存器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45表 29.CLICK_SRC_A说明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45表 30.CLICK_THS_A寄存器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45表 31.CLICK_THS_A说明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45表 32.TIME_LIMIT_A寄存器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46表 33.TIME_LIMIT_A寄存器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46表 34.TIME_LATENCY_A寄存器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46表 35.TIME_LATENCY_A说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46表 36.TIME_WINDOW_A寄存器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46表 37.TIME_LATENCY_A说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46表 38.CTRL_REG3_A寄存器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47表 39.CTRL_REG3_A说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47表 40.FIFO缓冲区填满示例（存储第51个采样集） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32表 41.FIFO溢出示例（存储第52个采样集同时丢弃第1个采样） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52表 42.CTRL_REG5_A中的FIFO使能位 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52表 43.FIFO_CTRL_REG_A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53表 44.FIFO_SRC_REG_A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54表 45.FIFO_SRC_REG_A特性（假定FTH[4:0] = 15） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54表 46.CTRL_REG3_A (0x22). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54表 47.文档版本历史 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64表 48.中文文档版本历史. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64DocID028927 Rev 1 [English Rev 1]5/65图片目录图片目录图 1.引脚连接. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7图 2.中断功能. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20图 3.磁力计自检步骤. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22图 4.数据准备就绪信号. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26图 5.高通滤波器连接框图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28图 6.REFERENCE/DATACAPTURE_A读取 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29图 7.参考模式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30图 8.自动复位. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30图 9.中断信号和中断引脚. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32图 10.自由落体、唤醒中断发生器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34图 11.自由落体和唤醒配置 - 高和低 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35图 12.惯性唤醒中断 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35图13.自由落体中断 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38图14.ZH、ZL、YH、YL、XH和XL特性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39图15.6D运动与6D位置对比. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40图16.6D识别位置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40图17.使用非锁存中断的单击事件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42图18.单击和双击识别. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43图19.双击识别. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43图20.短TimeLimit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48图21.长TimeLimit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48图22.短延迟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49图23.长延迟. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49图24.短窗口. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50图25.长窗口. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50图26.FIFO_EN连接框图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53图27.FIFO模式特性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56图28.Stream模式快速读取特性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57图29.Stream模式慢速读取特性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57图30.Stream模式慢速读取（放大图）. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58图31.Stream-FIFO模式：中断未锁存 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59图32.Stream-FIFO模式：中断已锁存 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60图33.水位标志特性 - FTH[4:0] = 10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60图34.FIFO读取 - FTH[4:0] = 10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61图35.加速度计自检步骤. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 6/65DocID028927 Rev 1 [English Rev 1]引脚说明1 引脚说明DocID028927 Rev 1 [English Rev 1]7/65引脚说明8/65DocID028927 Rev 1 [English Rev 1]表1. 引脚说明引脚#名称功能引脚状态1SCLSPC I 2C 串行时钟（serial clock ，SCL ）SPI 串口时钟（serial port clock ，SPC ）默认值：无上拉的输入2CS_XL 加速度计：SPI 使能I 2C/SPI 模式选择1：SPI 空闲模式/ I 2C 通信使能；0：SPI 通信模式/ I 2C 禁用默认值：无上拉的输入3CS_MAG 磁力计：SPI 使能I 2C/SPI 模式选择1：SPI 空闲模式/ I 2C 通信使能；0：SPI 通信模式/ I 2C 禁用默认值：无上拉的输入4SDA SDI SDO I 2C 串行数据（serial data ，SDA ）SPI 串行数据输入（serial data input ，SDI ）3线接口串行数据输出（serial data output ，SDO ）默认值：无上拉的输入5c1电容连接（C1 = 220 nF ）6GND 0 V 电源7INT_MAG/DRDY 磁力计中断/数据准备就绪信号高阻抗8GND 0 V 电源9Vdd 电源10Vdd_IO I/O 引脚的供电11INT_2_XL 加速度计中断2输出强制接地12INT_1_XL 加速度计中断1输出强制接地DocID028927 Rev 1 [English Rev 1] 9/652 寄存器表2. 寄存器寄存器名地址位 7位 6位 5位 4位 3位 2位 1位 0STATUS_REG_AUX_A07h-TOR---TDA--RESERVED08h-0BhOUT_TEMP_L_A0Ch D7 D6D5D4D3D2D1D0OUT_TEMP_H_A0Dh D15 D14D13D12D11INT_COUNTER_REG_A0Eh IC7IC6IC5IC4IC3IC2IC1IC0WHO_AM_I_A0Fh00110011TEMP_CFG_REG_A1Fh TEMP_EN1TEMP_EN0000000CTRL_REG1_A20h ODR3ODR2ODR1ODR0LPen Zen Yen XenCTRL_REG2_A21h HPM1HPM0HPCF2HPCF1FDS HPCLICK HPIS2HPIS1CTRL_REG3_A22h I1_CLICK I1_AOI1I1_AOI2I1_DRDY1I1_DRDY2I1_WTM I1_OVERRUN-CTRL_REG4_A23h BDU BLE FS1FS0HR ST1ST0SPI_ENABLECTRL_REG5_A24h BOOT FIFO_EN--LIR_INT1D4D_INT1LIR_INT2D4D_INT2CTRL_REG6_A25h I2_CLICKen I2_INT1I2_INT2BOOT_I2P2_ACT-H_LACTIVE-REFERENCE/DATACAPTURE_A26h Ref7Ref6Ref5Ref4Ref3Ref2Ref1Ref0STATUS_REG_A27h ZYXOR ZOR YOR XOR ZYXDA ZDA YDA XDAOUT_X_L_A28h XD7XD6XD5XD4XD3XD2XD1XD0OUT_X_H_A29h XD15 XD14XD13XD12XD11XD10XD9XD8OUT_Y_L_A2Ah YD7YD6YD5YD4YD3YD2YD1YD0OUT_Y_H_A2Bh YD15YD14YD13YD12YD11YD10YD9YD8OUT_Z_L_A2Ch ZD7ZD6ZD5ZD4ZD3ZD2ZD1ZD0OUT_Z_H_A2Dh ZD15 ZD14ZD13ZD12ZD11ZD10ZD9ZD8FIFO_CTRL_REG_A2E FM1FM0TR FTH4FTH3FTH2FTH1FTH0寄存器DocID028927 Rev 1 [English Rev 1] 10/65FIFO_SRC_REG_A2F WTM OVRN_FIFO空FSS4FSS3FSS2FSS1FSS0INT1_CFG_A30h AOI6DZHIE/ZUPEZLIE/ZDOWNEYHIE/YUPEYLIE/YDOWNEXHIE/XUPEXLIE/XDOWNEINT1_SRC_A31h0IA ZH ZL YH YL XH XLINT1_THS_A32h0THS6THS5THS4THS3THS2THS1THS0INT1_DURATION_A33h0D6D5D4D3D2D1D0INT2_CFG_A34h AOI6D ZHIE ZLIE YHIE YLIE XHIE XLIEINT2_SRC_A35h0IA ZH ZL YH YL XH XLINT2_THS_A36h0THS6THS5THS4THS3THS2THS1THS0INT2_DURATION_A37h0D6D5D4D3D2D1D0CLICK_CFG_A38h--ZD ZS YD YS XD XSCLICK_SRC_A39h-IA Dclick Sclick符号Z Y XCLICK_THS_A3Ah-Ths6Ths5Ths4Ths3Ths2Ths1Ths0TIME_LIMIT_A3Bh-TLI6TLI5TLI4TLI3TLI2TLI1TLI0TIME_LATENCY_A3Ch TLA7TLA6TLA5TLA4TLA3TLA2TLA1TLA0TIME_WINDOW_A3Dh TW7TW6TW5TW4TW3TW2TW1TW0Act_THS_A3Eh-Acth6Acth5Acth4Acth3Acth2Acth1Acth0Act_DUR_A3Fh ActD7ActD6ActD5ActD4ActD3ActD2ActD1ActD0 RESERVED40h-44hOFFSET_X_REG_L_M45h Offset_X_7 Offset_X_6Offset_X_5Offset_X_4Offset_X_3Offset_X_2Offset_X_1Offset_X_0 OFFSET_X_REG_H_M46h Offset_X_15Offset_X_14Offset_X_13Offset_X_12Offset_X_11Offset_X_10Offset_X_9Offset_X_8 OFFSET_Y_REG_L_M47h Offset_Y_7Offset_Y_6Offset_Y_5Offset_Y_4Offset_Y_3Offset_Y_2Offset_Y_1Offset_Y_0 OFFSET_Y_REG_H_M48h Offset_Y_15Offset_Y_14Offset_Y_13Offset_Y_12Offset_Y_11Offset_Y_10Offset_Y_9Offset_Y_8 OFFSET_Z_REG_L_M49h Offset_Z_7Offset_Z_6Offset_Z_5Offset_Z_4Offset_Z_3Offset_Z_2Offset_Z_1Offset_Z_0 OFFSET_Z_REG_H_M4Ah Offset_Z_15Offset_Z_14Offset_Z_13Offset_Z_12Offset_Z_11Offset_Z_10Offset_Z_9Offset_Z_8表2. 寄存器（续）寄存器名地址位 7位 6位 5位 4位 3位 2位 1位 0寄存器DocID028927 Rev 1 [English Rev 1] 11/65WHO_AM_I_M4Fh01000000CFG_REG_A_M60hCOMP_TEMP_ENREBOOT SOFT_RST LP ODR1ODR0MD1MD0CFG_REG_B_M61h0000INT_on_DataOFFSet_FREQ OFF_CANC LPFCFG_REG_C_M62h0INT_MAG_PINI2C_DIS BDU BLE0Self_test INT_MAGINT_CTRL_REG_M63h XIEN YIEN ZIEN00IEA IEL IENINT_SOURCE_REG_M64h P_TH_S_X P_TH_S_Y P_TH_S_Z N_TH_S_X N_TH_S_Y N_TH_S_Z MROI INTINT_THS_L_REG_M65h TH7TH6TH5TH4TH3TH2TH1TH0INT_THS_H_REG_M66h TH15TH14TH13TH12TH11TH10TH9TH8STATUS_REG_M67h Zyxor zor yor xor Zyxda zda yda xdaOUTX_L_REG_M68h D7D6D5D4D3D2D1D0OUTX_H_REG_M69h D15D14D13D12D11D10D9D8OUTY_L_REG_M6Ah D7D6D5D4D3D2D1D0OUTY_H_REG_M6Bh D15D14D13D12D11D10D9D8OUTZ_L_REG_M6Ch D7D6D5D4D3D2D1D0OUTZ_H_REG_M6Dh D15D14D13D12D11D10D9D8表2. 寄存器（续）寄存器名地址位 7位 6位 5位 4位 3位 2位 1位 0寄存器磁力计12/65DocID028927 Rev 1 [English Rev 1]3磁力计3.1工作模式磁力模块提供两种功耗模式：高分辨率（HR ）模式和低功耗（LP ）模式。

一种简便的三轴磁强计标定方法

一种简便的三轴磁强计标定方法
纪婷钰;许彦峰
【期刊名称】《机械工程与自动化》
【年(卷),期】2016(000)001
【摘要】三轴磁强计作为卫星地磁导航中的姿态确定传感器，使用前对其进行标定尤为重要。

阐述了一种简单的三轴磁强计标定方法，并且在零磁实验室中对Honeywell公司的HMR2300三轴磁强计进行零偏误差、线性度、灵敏度标定以及在均匀稳定的地磁场中进行三轴不正交度的标定。

试验结果表明，该标定方法可以满足微小卫星姿态确定的要求。

【总页数】3页(P161-162,165)
【作者】纪婷钰;许彦峰
【作者单位】北京林业大学工学院，北京 100083;北京林业大学工学院，北京100083
【正文语种】中文
【中图分类】TM937
【相关文献】
1.三轴磁强计与MEMS陀螺的在轨实时标定方法 [J], 向甜;王昊;蒙涛;金仲和
2.一种三轴磁传感器正交误差校正的简便方法 [J], 张炜;程锦房
3.一种标定手性中心和手性轴化合物构型的简便方法 [J], 佟宗先
4.一种弹载三轴加速度计现场快速标定及补偿方法 [J], 冯凯强;李杰;魏晓凯
5.一种基于改进型自适应遗传算法的MEMS三轴加速度计标定方法 [J], 邹泽兰;徐祥;徐同旭;赵鹤鸣
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

LSM303D

3.2.1 3.2.2 Linear acceleration sensor sensitivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Magnetic sensor sensitivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.4.1 2.4.2 SPI - serial peripheral interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Sensor I2C - inter-IC control interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2
Module specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.1 2.2 2.3 2.4 Sensor characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Temperature sensor characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Electrical characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Communication interface characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

三轴加速度传感器原理应用及前景分析

三轴加速度传感器原理及应用2012年09月09日 12:42来源：本站整理作者：胡哥我要评论(0)三轴加速度传感器原理MEMS换能器（Transducer）可分为传感器（Sensor）和致动器（Actuator）两类。

其中传感器会接受外界的传递的物理性输入，通过感测器转换为电子信号，再最终转换为可用的信息，如加速度传感器、陀螺仪、压力传感器等。

其主要感应方式是对一些微小的物理量的变化进行测量，如电阻值、电容值、应力、形变、位移等，再通过电压信号来表示这些变化量。

致动器则接受来自控制器的电子信号指令，做出其要求的反应动作，如光敏开关、MEMS显示器等。

目前的加速度传感器有多种实现方式，主要可分为压电式、电容式及热感应式三种，这三种技术各有其优缺点。

以电容式3轴加速度计的技术原理为例。

电容式加速度计能够感测不同方向的加速度或振动等运动状况。

其主要为利用硅的机械性质设计出的可移动机构，机构中主要包括两组硅梳齿（Silicon Fingers），一组固定，另一组随即运动物体移动；前者相当于固定的电极，后者的功能则是可移动电极。

当可移动的梳齿产生了位移，就会随之产生与位移成比例电容值的改变。

当运动物体出现变速运动而产生加速度时，其内部的电极位置发生变化，就会反映到电容值的变化（ΔC），该电容差值会传送给一颗接口芯片（InteRFace Chip）并由其输出电压值。

因此3轴加速度传感器必然包含一个单纯的机械性MEMS传感器和一枚ASIC接口芯片两部分，前者内部有成群移动的电子，主要测量XY及Z轴的区域，后者则将电容值的变化转换为电压输出。

文中所述的传感器和ASIC接口芯片两部分都可以采用CMOS制程来生产，而在目前的实际生产制造中，由于二者实现技术上的差异，这两部分大都会通过不同的加工流程来生产，再最终封装整合到一起成为系统单封装芯片（SiP）。

封装形式可采用堆叠（Stacked）或并排（Side-by-Side）。

基于LSM303DLH集成传感器的电子罗盘实现方法

基于LSM303DLH集成传感器的电子罗盘实现方法电子罗盘是一种重要的导航工具，能实时提供移动物体的航向和姿态。

随着半导体工艺的进步和手机操作系统的发展，集成了越来越多传感器的智能手机变得功能强大，很多手机上都实现了电子罗盘的功能。

而基于电子罗盘的应用(如Android的Skymap)在各个软件平台上也流行起来。

要实现电子罗盘功能，需要一个检测磁场的三轴磁力传感器和一个三轴加速度传感器。

随着微机械工艺的成熟，意法半导体推出将三轴磁力计和三轴加速计集成在一个封装里的二合一传感器模块LSM303DLH，方便用户在短时间内设计出成本低、性能高的电子罗盘。

本文以LSM303DLH为例讨论该器件的工作原理、技术参数和电子罗盘的实现方法。

1. 地磁场和航向角的背景知识如图1所示，地球的磁场象一个条形磁体一样由磁南极指向磁北极。

在磁极点处磁场和当地的水平面垂直，在赤道磁场和当地的水平面平行，所以在北半球磁场方向倾斜指向地面。

用来衡量磁感应强度大小的单位是Tesla或者Gauss(1Tesla=10000Gauss)。

随着地理位置的不同，通常地磁场的强度是0.4-0.6 Gauss。

需要注意的是，磁北极和地理上的北极并不重合，通常他们之间有11度左右的夹角。

图1 地磁场分布图地磁场是一个矢量，对于一个固定的地点来说，这个矢量可以被分解为两个与当地水平面平行的分量和一个与当地水平面垂直的分量。

如果保持电子罗盘和当地的水平面平行，那么罗盘中磁力计的三个轴就和这三个分量对应起来，如图2所示。

图2 地磁场矢量分解示意图实际上对水平方向的两个分量来说，他们的矢量和总是指向磁北的。

罗盘中的航向角(Azimuth)就是当前方向和磁北的夹角。

由于罗盘保持水平，只需要用磁力计水平方向两轴(通常为X轴和Y轴)的检测数据就可以用式1计算出航向角。

当罗盘水平旋转的时候，航向角在0º- 360º之间变化。

2.ST集成磁力计和加速计的传感器模块LSM303DLH2.1 磁力计工作原理在LSM303DLH中磁力计采用各向异性磁致电阻(Anisotropic Magneto-Resistance)材料来检测空间中磁感应强度的大小。

三轴传感器原理

三轴传感器原理
三轴传感器利用精密的加速度计技术，能够测量物体在三个不同方向上的加速度。

它由三个互相垂直的加速度计组成，分别测量物体在x，y和z方向上的加速度。

加速度计是一种基于微机电系统（MEMS）技术的装置，它由微小的硅片和振动质量组成。

当物体在某个方向上加速时，振动质量会受到力的作用而移动，导致电荷的变化。

这个电荷变化被转化为电压信号，通过放大和电路处理后，变成数字信号。

三轴传感器将三个加速度计的输出信号进行整合，从而得到物体在不同方向上的加速度数据。

通过测量这些加速度数据，我们可以获取物体的运动状态和姿态。

例如，在移动设备中，三轴传感器可以用来检测设备的倾斜、旋转和震动，从而实现自动旋转屏幕、晃动控制等功能。

此外，三轴传感器还可与其他传感器如陀螺仪和磁力计结合使用，进一步提高姿态测量的准确性。

陀螺仪可测量物体的角速度，磁力计可测量地球的磁场方向，这些信息可以与加速度计的数据结合，提供更精确的姿态测量结果。

总之，三轴传感器利用加速度计技术，能够测量物体在不同方向上的加速度，从而实现姿态测量和运动跟踪等功能。

它在移动设备、虚拟现实、智能穿戴设备等领域具有广泛的应用前景。

三轴加速度传感器工作原理

三轴加速度传感器工作原理三轴加速度传感器是测量物体在三个空间轴上的加速度的装置。

它们通常由微机电系统（Microelectromechanical Systems, MEMS）技术制造，具有小体积、低功耗和高精度的特点。

三轴加速度传感器能够广泛应用于物体定位、动作检测和姿态测量等领域。

一个典型的三轴加速度传感器通常由三个独立的加速度传感器构成，分别对应于物体的X、Y和Z轴。

这些传感器通常是微机电系统中的压电式传感器或微机械式传感器。

压电式传感器通过压电效应来测量加速度。

当物体在一些方向上受到外力作用时，会导致传感器内的压电材料产生压电效应，从而在传感器的表面产生电荷。

这个电荷的大小与物体受到的外力的大小成正比，从而可以得到物体在该方向上的加速度。

微机械式传感器则通过物体的惯性来测量加速度。

这些传感器通常由质量块和支撑结构组成。

当物体在一些方向上受到外力作用时，质量块惯性地保持其原来的运动状态，而支撑结构则产生变形。

通过测量这种变形，可以计算出物体在该方向上的加速度。

为了得到物体在三个空间轴上的加速度，三个传感器通常被组合在一起，形成一个三轴加速度传感器。

为了减少误差和干扰，传感器通常还配备了陀螺仪和磁力计等其他传感器。

陀螺仪可以测量物体的角速度，从而提供更准确的姿态测量。

磁力计可以测量磁场的方向，从而提供具备方向信息的定位。

三轴加速度传感器在实际应用中非常广泛。

例如，它们被广泛应用于智能手机和游戏手柄中，用于检测用户的手势和动作。

它们也被用于车辆的动态稳定控制和无人机的姿态控制等领域。

此外，三轴加速度传感器还可以与其他传感器结合使用，实现更多功能，如距离测量和姿态捕捉等。

三轴磁力计校准

三轴磁力计校准三轴磁力计是一种用于测量磁场强度的仪器，它可以在三个不同轴向上测量磁场的分量，并通过校准来确保测量结果的准确性和可靠性。

本文将介绍三轴磁力计的校准方法和步骤。

为了进行校准，我们需要了解三轴磁力计的工作原理。

三轴磁力计通常由三个磁场感应器组成，分别测量X、Y和Z轴上的磁场分量。

在没有外部磁场干扰的情况下，三轴磁力计的输出应为零。

然而，由于外界磁场的存在，三轴磁力计的输出可能会发生偏移。

为了校准三轴磁力计，我们需要将其暴露在已知磁场下，并记录其输出值。

校准的目标是通过调整磁力计的输出，使其与已知磁场值相匹配。

以下是三轴磁力计校准的步骤：1. 设置实验环境：将三轴磁力计置于一个无磁场的环境中，远离任何可能产生磁场干扰的物体。

2. 建立坐标系：确定三轴磁力计的坐标系，通常选择X轴为水平方向，Y轴为竖直方向，Z轴为与地球磁场垂直的方向。

3. 校准零点：将磁力计置于无磁场环境中，记录其输出值。

如果输出值不为零，可通过调整磁力计的零点偏移校准参数将其调整为零。

4. 水平校准：将磁力计水平放置，记录其输出值。

根据水平方向的已知磁场值，调整磁力计的水平校准参数，使其输出与已知值相匹配。

5. 竖直校准：将磁力计竖直放置，记录其输出值。

根据竖直方向的已知磁场值，调整磁力计的竖直校准参数，使其输出与已知值相匹配。

6. 水平旋转校准：将磁力计围绕竖直轴进行水平旋转，记录其输出值。

根据旋转角度和已知磁场值，调整磁力计的水平旋转校准参数，使其输出与已知值相匹配。

7. 垂直旋转校准：将磁力计围绕水平轴进行垂直旋转，记录其输出值。

根据旋转角度和已知磁场值，调整磁力计的垂直旋转校准参数，使其输出与已知值相匹配。

通过以上步骤，我们可以完成对三轴磁力计的校准工作。

校准后的磁力计将能够更准确地测量磁场强度，并消除由于外界磁场干扰引起的误差。

需要注意的是，三轴磁力计的校准应在无磁场干扰的环境中进行，并且校准参数应根据实际需求和具体应用进行调整。

3轴陀螺仪传感器和3轴加速度传感器的工作原理

3轴陀螺仪传感器和3轴加速度传感器的工作原理工作原理是基于科里奥利力的作用。

科里奥利力是指当一个物体在自由转动时，由于惯性导致的旋转坐标系的非惯性力。

当旋转坐标系与物体之间产生旋转相对运动时，就会出现科里奥利力。

3轴陀螺仪传感器利用这个原理来测量物体绕其三个轴向的角速度。

其结构一般包括三个独立的陀螺仪传感器，分别测量绕X轴、Y轴和Z轴的角速度。

每个陀螺仪传感器包含一个旋转质量块，在转动时会产生惯性力。

这个惯性力通过一种弹性介质（例如电容或压电材料）传导到传感器中。

传感器中包含的电子元件可以测量这个惯性力并将其转化为电信号。

当物体绕X轴旋转时，与X轴平行的陀螺仪传感器会受到惯性力的作用，并将其转化为电信号。

同样地，绕Y轴和Z轴旋转时，与Y轴和Z轴平行的陀螺仪传感器也会受到惯性力的作用并将其转化为电信号。

3轴加速度传感器是一种用于检测物体在空间中的加速度变化的传感器。

它通过测量物体在三个轴向上的加速度来确定物体的运动状态。

工作原理是基于牛顿第二定律。

根据牛顿第二定律，物体所受的合力等于质量乘以加速度。

3轴加速度传感器利用这个原理通过测量物体所受合力的大小来计算物体的加速度。

其结构一般包括三个独立的加速度传感器，分别测量物体在X轴、Y 轴和Z轴方向上的加速度。

每个加速度传感器包含一个质量块和一些恢复力。

当物体在一些方向上加速时，质量块会受到惯性力作用并产生相应的位移。

该位移会导致恢复力作用于质量块，使其恢复到原来的位置。

传感器中的电子元件可以测量质量块受到的恢复力并将其转化为电信号。

通过测量三个方向上的恢复力，可以计算出物体在X轴、Y轴和Z轴方向上的加速度。

总结起来，3轴陀螺仪传感器和3轴加速度传感器通过测量物体在空间中的旋转速度和加速度来确定物体的运动状态。

3轴陀螺仪传感器利用科里奥利力的作用测量物体的角速度，而3轴加速度传感器利用牛顿第二定律测量物体的加速度。

这两种传感器常被用于飞行器、机器人、游戏手柄等各种需要检测物体运动状态的应用中。

三轴加速度计工作原理

三轴加速度计工作原理
三轴加速度计是一种测量物体在三个轴（x、y、z轴）上的加
速度的传感器。

它基于质量的加速度对传感器内部的振动质量进行测量来实现。

三轴加速度计通常由一个微机械系统（MEMS）传感器组成。

该传感器由一个微小的质量块和一对感知质量块的微小弹簧组成。

当受到外部加速度时，质量块会在微小弹簧的作用下产生位移。

这个位移会导致微小弹簧发生形变，形变的程度与加速度的大小成正比。

通过将加速度转换为电信号，三轴加速度计可以将加速度转化为数字信号输出。

这个转换通常采用压电效应或电阻效应来实现。

在压电效应中，压电材料会生成电荷，而在电阻效应中，电流的大小会随着加速度的变化而改变。

三轴加速度计通过在三个轴（x、y、z轴）上分别测量加速度，并将这些测量值结合起来，来获取物体的加速度的三维信息。

这些数据可以被广泛用于导航、运动检测、姿态控制等应用中。

LIS33DE三轴加速度计的特点性能分析

LIS33DE三轴加速度计的特点性能分析
LIS33DE是一种超小型低功耗的三轴加速度计属于ST的运动传感器的“纳米”的家庭。

它包括一个传感元件和一个集成电路接口能够通过I2C和SPI串行接口到外部世界提供的加速度测量。

该传感元件是使用专用的过程开发的由圣生产的惯性传感器和执行器在硅中。

IC接口是使用CMOS工艺，可以设计一个专门的电路，修整，以更好地匹配传感元件特性制造。

LIS33DE动态用户可选的全尺度的±2g／±8G，它能够以100赫兹或400赫兹的输出数据速率测量加速度。

自检功能允许用户检查传感器的功能在最终的应用。

该装置可配置为产生惯性唤醒/自由落下的中断信号，当可编程的加速度阈值交叉至少在三轴之一。

中断发生器的阈值和时间是可编程的终端用户的飞行。

在塑料薄膜的LIS33DE 栅格阵列（LGA）封装是可用的和它的设计工作在扩展的温度范围从（-40°C）-（+85°C）。

主要特点：
1、2.16伏至3.6伏的电源电压
2、1.8 V兼容iOS
3、《1兆瓦的电力消耗
4、±2g／±8G动态选择的全面
5、I2C或SPI数字输出接口
6、可编程中断发生器
7、嵌入式自测试
8、万克高的抗冲击能力
9、®Ecopack RoHS和“绿色”标准
推荐阅读：http:///monijishu/wuxian_chuangan/301478l。

无人机——磁力计电子罗盘学习及校准

无人机——磁力计/电子罗盘学习及校准电子罗盘是一种重要的导航工具,能实时提供移动物体的航向和姿态｡随着半导体工艺的进步和手机操作系统的发展,集成了越来越多传感器的智能手机变得功能强大,很多手机上都实现了电子罗盘的功能｡而基于电子罗盘的应用(如Android的Skymap)在各个软件平台上也流行起来｡要实现电子罗盘功能,需要一个检测磁场的三轴磁力传感器和一个三轴加速度传感器｡随着微机械工艺的成熟,意法半导体推出将三轴磁力计和三轴加速计集成在一个封装里的二合一传感器模块LSM303DLH,方便用户在短时间内设计出成本低､性能高的电子罗盘｡本文以LSM303DLH为例讨论该器件的工作原理､技术参数和电子罗盘的实现方法｡1.地磁场和航向角的背景知识如图1所示,地球的磁场象一个条形磁体一样由磁南极指向磁北极｡在磁极点处磁场和当地的水平面垂直,在赤道磁场和当地的水平面平行,所以在北半球磁场方向倾斜指向地面｡用来衡量磁感应强度大小的单位是Tesla或者Gauss(1Tesla=10000Gauss)｡随着地理位置的不同,通常地磁场的强度是0.4-0.6 Gauss｡需要注意的是,磁北极和地理上的北极并不重合,通常他们之间有11度左右的夹角｡图1 地磁场分布图地磁场是一个矢量,对于一个固定的地点来说,这个矢量可以被分解为两个与当地水平面平行的分量和一个与当地水平面垂直的分量｡如果保持电子罗盘和当地的水平面平行,那么罗盘中磁力计的三个轴就和这三个分量对应起来,如图2所示｡图2 地磁场矢量分解示意图实际上对水平方向的两个分量来说,他们的矢量和总是指向磁北的｡罗盘中的航向角(Azimuth)就是当前方向和磁北的夹角｡由于罗盘保持水平,只需要用磁力计水平方向两轴(通常为X轴和Y轴)的检测数据就可以用式1计算出航向角｡当罗盘水平旋转的时候,航向角在0?- 360?之间变化｡2.ST集成磁力计和加速计的传感器模块LSM303DLH2.1 磁力计工作原理在LSM303DLH中磁力计采用各向异性磁致电阻(Anisotropic Magneto-Resistance)材料来检测空间中磁感应强度的大小｡这种具有晶体结构的合金材料对外界的磁场很敏感,磁场的强弱变化会导致AMR自身电阻值发生变化｡在制造过程中,将一个强磁场加在AMR上使其在某一方向上磁化,建立起一个主磁域,与主磁域垂直的轴被称为该AMR的敏感轴,如图3所示｡为了使测量结果以线性的方式变化,AMR材料上的金属导线呈45º角倾斜排列,电流从这些导线上流过,如图4所示｡由初始的强磁场在AMR材料上建立起来的主磁域和电流的方向有45º的夹角｡图3 AMR材料示意图图4 45º角排列的导线当有外界磁场Ha时,AMR上主磁域方向就会发生变化而不再是初始的方向了,那么磁场方向和电流的夹角θ也会发生变化,如图5所示｡对于AMR材料来说,θ角的变化会引起AMR自身阻值的变化,并且呈线性关系,如图6所示｡图5 磁场方向和电流方向的夹角图6 θ-R特性曲线ST利用惠斯通电桥检测AMR阻值的变化,如图7所示｡R1/R2/R3/R4是初始状态相同的AMR电阻,但是R1/R2和R3/R4具有相反的磁化特性｡当检测到外界磁场的时候,R1/R2阻值增加∆R而R3/R4减少∆R｡这样在没有外界磁场的情况下,电桥的输出为零;而在有外界磁场时电桥的输出为一个微小的电压∆V｡图7 惠斯通电桥当R1=R2=R3=R4=R,在外界磁场的作用下电阻变化为∆R时,电桥输出?V正比于?R｡这就是磁力计的工作原理｡2.2 置位/复位(Set/Reset)电路由于受到外界环境的影响,LSM303DLH中AMR上的主磁域方向不会永久保持不变｡LSM303DLH内置有置位/复位电路,通过内部的金属线圈周期性的产生电流脉冲,恢复初始的主磁域,如图8所示｡需要注意的是,置位脉冲和复位脉冲产生的效果是一样的,只是方向不同而已｡图8 LSM303DLH置位/复位电路置位/复位电路给LSM303DLH带来很多优点:1) 即使遇到外界强磁场的干扰,在干扰消失后LSM303DLH也能恢复正常工作而不需要用户再次进行校正｡2) 即使长时间工作也能保持初始磁化方向实现精确测量,不会因为芯片温度变化或内部噪音增大而影响测量精度｡3) 消除由于温漂引起的电桥偏差｡2.3 LSM303DLH的性能参数LSM303DLH集成三轴磁力计和三轴加速计,采用数字接口｡磁力计的测量范围从1.3 Gauss到8.1 Gauss共分7档,用户可以自由选择｡并且在20 Gauss以内的磁场环境下都能够保持一致的测量效果和相同的敏感度｡它的分辨率可以达到8 mGauss并且内部采用12位ADC,以保证对磁场强度的精确测量｡和采用霍尔效应原理的磁力计相比,LSM303DLH的功耗低,精度高,线性度好,并且不需要温度补偿｡LSM303DLH具有自动检测功能｡当控制寄存器A被置位时,芯片内部的自测电路会产生一个约为地磁场大小的激励信号并输出｡用户可以通过输出数据来判断芯片是否正常工作｡作为高集成度的传感器模组,除了磁力计以外LSM303DLH还集成一颗高性能的加速计｡加速计同样采用12位ADC,可以达到1mg的测量精度｡加速计可运行于低功耗模式,并有睡眠/唤醒功能,可大大降低功耗｡同时,加速计还集成了6轴方向检测,两路可编程中断接口｡3. ST电子罗盘方案介绍一个传统的电子罗盘系统至少需要一个三轴的磁力计以测量磁场数据,一个三轴加速计以测量罗盘倾角,通过信号条理和数据采集部分将三维空间中的重力分布和磁场数据传送给处理器｡处理器通过磁场数据计算出方位角,通过重力数据进行倾斜补偿｡这样处理后输出的方位角不受电子罗盘空间姿态的影响,如图9所示｡图9 电子罗盘结构示意图LSM303DLH将上述的加速计､磁力计､A/D转化器及信号条理电路集成在一起,仍然通过I2C总线和处理器通信｡这样只用一颗芯片就实现了6轴的数据检测和输出,降低了客户的设计难度,减小了PCB板的占用面积,降低了器件成本｡LSM303DLH的典型应用如图10所示｡它需要的周边器件很少,连接也很简单,磁力计和加速计各自有一条I2C总线和处理器通信｡如果客户的I/O接口电平为1.8V,Vdd_dig_M､Vdd_IO_A和Vdd_I2C_Bus 均可接1.8V供电,Vdd使用2.5V以上供电即可;如果客户接口电平为2.6V,除了Vdd_dig_M要求1.8V以外,其他皆可以用2.6V｡在上文中提到,LSM303DLH需要置位/复位电路以维持AMR的主磁域｡C1和C2为置位/复位电路的外部匹配电容,由于对置位脉冲和复位脉冲有一定的要求,建议用户不要随意修改C1和C2的大小｡图10 LSM303DLH典型应用电路图对于便携式设备而言,器件的功耗非常重要,直接影响其待机的时间｡LSM303DLH可以分别对磁力计和加速计的供电模式进行控制,使其进入睡眠或低功耗模式｡并且用户可自行调整磁力计和加速计的数据更新频率,以调整功耗水平｡在磁力计数据更新频率为7.5Hz､加速计数据更新频率为50Hz时,消耗电流典型值为0.83mA｡在待机模式时,消耗电流小于3uA｡4. 铁磁场干扰及校准电子指南针主要是通过感知地球磁场的存在来计算磁北极的方向｡然而由于地球磁场在一般情况下只有微弱的0.5高斯,而一个普通的手机喇叭当相距2厘米时仍会有大约4高斯的磁场,一个手机马达在相距2厘米时会有大约6高斯的磁场,这一特点使得针对电子设备表面地球磁场的测量很容易受到电子设备本身的干扰｡磁场干扰是指由于具有磁性物质或者可以影响局部磁场强度的物质存在,使得磁传感器所放置位置上的地球磁场发生了偏差｡如图11所示,在磁传感器的XYZ 坐标系中,绿色的圆表示地球磁场矢量绕z 轴圆周转动过程中在XY平面内的投影轨迹,再没有外界任何磁场干扰的情况下,此轨迹将会是一个标准的以O(0,0)为中心的圆｡当存在外界磁场干扰的情况时,测量得到的磁场强度矢量α将为该点地球磁场β与干扰磁场γ的矢量和｡记作:图11 磁传感器XY坐标以及磁力线投影轨迹一般可以认为,干扰磁场γ在该点可以视为一个恒定的矢量｡有很多因素可以造成磁场的干扰,如摆放在电路板上的马达和喇叭,还有含有铁镍钴等金属的材料如屏蔽罩,螺丝,电阻, LCD背板以及外壳等等｡同样根据安培定律有电流通过的导线也会产生磁场,如图12｡图12 电流对磁场产生的影响为了校准这些来自电路板的磁场干扰,主要的工作就是通过计算将γ求出｡4.1 平面校准方法针对XY轴的校准,将配备有磁传感器的设备在XY平面内自转,如图11,等价于将地球磁场矢量绕着过点O(γx,γy)垂直于XY平面的法线旋转, 而红色的圆为磁场矢量在旋转过程中在XY平面内投影的轨迹｡这可以找到圆心的位置为((Xmax + Xmin)/2, (Ymax + Ymin)/2). 同样将设备在XZ平面内旋转可以得到地球磁场在XZ平面上的轨迹圆,这可以求出三维空间中的磁场干扰矢量γ(γx, γy, γz).4.2 立体8字校准方法一般情况下,当带有传感器的设备在空中各个方向旋转时,测量值组成的空间几何结构实际上是一个圆球,所有的采样点都落在这个球的表面上,如图13所示,这一点同两维平面内投影得到的圆类似｡图13 地球磁场空间旋转后在传感器空间坐标内得到球体这种情况下,可以通过足够的样本点求出圆心O(γx, γy, γz), 即固定磁场干扰矢量的大小及方向｡公式如下:8字校准法要求用户使用需要校准的设备在空中做8字晃动,原则上尽量多的让设备法线方向指向空间的所有8个象限,如图14所示｡图14 设备的空中8字校准示意图4.2 十面校准方法同样,通过以下10面校准方法,也可以达到校准的目的｡图15 10面交准法步骤如图16所示,经过10面校准方法之后,同样可以采样到以上所述球体表面的部分轨迹,从而推导出球心的位置,即固定磁场干扰矢量的大小及方向｡图16 10面校准后的空间轨迹5.倾斜补偿及航偏角计算经过校准后电子指南针在水平面上已经可以正常使用了｡但是更多的时候手机并不是保持水平的,通常它和水平面都有一个夹角｡这个夹角会影响航向角的精度,需要通过加速度传感器进行倾斜补偿｡对于一个物体在空中的姿态,导航系统里早已有定义,如图17所示,Android中也采用了这个定义｡Pitch(Φ)定义为x轴和水平面的夹角,图示方向为正方向;Roll(θ)定义为y轴和水平面的夹角,图示方向为正方向｡由Pitch角引起的航向角的误差如图18所示｡可以看出,在x轴方向10度的倾斜角就可以引起航向角最大7-8度的误差｡图17 Pitch角和Roll角定义图18 Pitch角引起的航向角误差手机在空中的倾斜姿态如图19所示,通过3轴加速度传感器检测出三个轴上重力加速度的分量,再通过式2可以计算出Pitch和Roll｡图19 手机在空中的倾斜姿态式3可以将磁力计测得的三轴数据(XM,YM ,ZM)通过Pitch和Roll 转化为式1中计算航向角需要的Hy和Hx｡之后再利用式1计算出航向角｡6.Android平台指南针的实现在当前流行的android 手机中,很多都配备有指南针的功能｡为了实现这一功能,只需要配备有ST提供的二合一传感模块LSM303DLH,ST 提供整套解决方案｡Android中的软件实现可以由以下框图表示:其中包括:BSP ReferenceLinux Kernel Driver (LSM303DLH_ACC + LSM303DLH_MAG)HAL Library(Sensors_lsm303dlh + Liblsm303DLH) for sensors.default.so经过library 的计算,上层的应用可以很轻松的运用由Android定义由Library提供的航偏角信息进行应用程序的编写｡。

LIS2DH／LIS2DM三轴加速度计芯片

LIS2DH／LIS2DM三轴加速度计芯片
佚名
【期刊名称】《《传感器世界》》
【年(卷),期】2012(018)001
【摘要】意法半导体推出两款采用2×2mm微型封装，拥有超低功耗及高性能的3轴加速度计芯片。

新产品较上一代产品尺寸缩减50％，凶此尤为适用于手机、平板电脑及游戏机等对功耗和尺寸限制严格的消费电子产品。

【总页数】2页(P36-37)
【正文语种】中文
【中图分类】TP333.35
【相关文献】
1.一种增大质量块的三轴MEMS加速度计的设计 [J], 冯堃; 张国俊; 王姝娅; 戴丽萍; 钟志亲
2.基于三轴加速度计的振动筛运动状态采集装置的设计 [J], 高鹏;杨硕;高勇;曹俊云;康宁
3.应用三轴加速度计数评价功率车骑行下肢稳定性 [J], 马国强;陆姣姣;李广凯;杨明祥
4.基于矢量分解的三轴高g值加速度计灵敏度系数校准方法 [J], 吴倩;郭伟国
5.基于三轴加速度计的倾角测量误差修正 [J], 尹相国;赵莅龙;陈强;李传浩;赵永瑞因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。