加速度传感器的应用设计
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中国微纳米小精灵创新大赛 2007年美新杯MEMS加速度计应用大赛
获奖作品集锦
一等奖获奖作品 ～～游戏健身机
• 以MXC6202xM加速度计系统
为动作感应系统，通过设计 软件在PC机上实现对软件信 号抓取及时钟控制，用处理 后的I2C信号控制传统游戏 超级玛丽中的主角动作，实 现人体动作对游戏的控制 ． 产品优点： 成本低、体积小、高可靠 设计简单灵活 创新性 游戏兼容性好 超强扩展性 新健身概念、新游戏概念
• 本方案利用三轴加速度传感
• 该玩具采用微惯性
三等奖获奖作品 ～～“跟屁虫”玩具小车
总体效果图 技术方案图
•
加速度计测量小孩 的运动状态，通过 无线发射将该运动 信息发送给小车的 无线接收模块，由 小车中央处理单元 判断小孩的运动轨 迹，控制小车的驱 动轮对小孩的运动 轨迹进行复制。 经过整体调试，实 现了直线加速、减 速、停止的路径幅 值功能。
小车车体和控制电路板
射频通信模块和加速度传感器模块
三等奖获奖作品 ～～基于MEMS加速度计的智能碰撞感知机器人
Ø 本作品是在原机器人平台
上安装一个二维MEMS加 速度计，当机器人运动过 程中受到外界被动的各方 向的碰撞，用此二维 MEMS加速度计将碰撞信 号检测出来，有效地从机 器人的振动信号中将碰撞 信号检测出来，并能同时 计算出碰撞加速度信号的 大小和方向，然后作出适 当的避障反应。
•
•
系统的整机设计原理框图
系统软件设计流程图
三等奖获奖作品 ～～基于无线加速度传感器网络的医疗辅助康复系统
器：MXR9500G/M 高性能低 功耗的技术优势和无线传感 器网络技术结合，提出了一 套基于无线加速度传感器网 络的医疗辅助康复系统，精 确跟踪身体各主要关节的运 动轨迹和力度 • 这套系统克服了以往系统非 柔性、依赖个人经验、无法 精确纪录和场地受限等缺 点，使医生、病人、病人家 属不再受到时间和空间上的 制约，可以在任何地方接入 此网络，系统将实时将数据 和视频发送给医生或病人家 属。
• 加速度计采集的数据经过处
虚拟现实耳机的实现方式
三等奖获奖作品 ～～智能刹车系统
• 由于紧急刹车和缓踩油门
（一般加速）两种状态下 汽车踏板的加速度值存在 差别，利用MEMS加速度 计获取踩踏油门时的加速 度，通过比对正常和误踩 两种情况下的加速度值， 确定出油门临界加速度。 当识别电路判别出油门加 速度大于临界加速度时， 判定为误操作，产生刹车 信号，从而实现智能刹 车，能有效地避免“把油门 误当刹车”此类交通事故的 发生。
•
三等奖获奖作品 ～～“小乐仙”电子乐器
• 它采用“以演奏者为中心”
（performer-centered）的设计 思想，通过捕捉人体肢体运动 和姿态并根据用户个性化的定 制需求，允许演奏者以符合日 常动作习惯的方式演奏多种器 乐。 在所实现的原型系统中，乐器 外观为符合人们操作习惯的棒 状，用户以感觉自然舒适的方 式握住并挥动乐器，根据不同 的挥动方向和力度乐器将发出 不同的声音（例如，钢琴不同 音符的声音等）。通过我们自 己设计的“小乐仙编程器”（Little Music Fairy Programmer）桌面 软件，用户可以对乐器演奏音 乐的内容进行方便灵活的个性 化配置。
•
系统结构总框图
பைடு நூலகம்
理又反馈回人的听觉系统， 构成了完整的反馈网络，使 人与环境形成了封闭的契合 的整体. • 位置传感器接受人头部的位 置和方向变化，并将其检测 到的位置信号转化为数字信 号。信号处理系统设想为一 块ASIC 实现的集成电路芯 片，实现在接收到位置传感 器的信号之后，将它添加到 原始的信号之中，通过一系 列立体声的实现函数将音像 调整回地球参照系中它原本 的位置。
三等奖获奖作品 ～～汽车黑匣子
Ø 整个系统通过两片MSP430单片
机分别对两片放置在汽车不同 位置的单片机进行模数转换， 然后通过无线射频发射模块传 输到接收存储模块进行数据存 储。 汽车黑匣子事故分析功能（对 采集的加速度信号进行事后分 析，能得出汽车停车前20秒的 运行状态（包括车体前后倾斜 俯仰角、车体左右摇摆滚动 角、车体行驶方向角）以及汽 车的运行轨迹。2、记录汽车行 驶速度、行驶路程。 3、进行 超时报警、超速报警。
•
三等奖获奖作品 ～～基于MEMS加速度计的手写输入笔
• 探索设计了基于MEMS加
速度计的输入笔。所研制 的输入笔使用的是美新公 司的双轴加速度计： MXA2500ML，利用微加速 度计实时测量输入笔尖运 动和倾斜所产生的加速 度，经过特定算法转换为 位移信号通过USB接口传 输给主机，从而实现手写 输入笔的功能。
•
最终作品实物
桌面软件运行截图
三等奖获奖作品 ～～3D无线鼠标
• 本作品针对传统鼠标逐渐暴露
出的种种不足,结合现代先进的 MEMS技术，将嵌入式技术与传 感器技术、无线通信技术、自 动控制技术相融合，用MEMSIC 公司的加速度传感器构建了一 款全新的概念型3D无线鼠标。 该鼠标利用加速度传感器对倾 斜敏感这一技术要点，不仅实 现了传统鼠标所应有的平面定 位、左右键、滚动键等功能， 还成功地摆脱了传统鼠标对平 面的限制。结合实际制作鼠标 特点，我们还在PC机上开发了 一套GUI界面，便于鼠标功能更 好的展示。
•
三等奖获奖作品 ～～MEMS加速度计汽车侧翻预警系统设计
• 根据传感器实时采集
的汽车加速度数据， 计算汽车侧翻因子， 作为判断汽车侧翻的 条件。 车辆正常行驶时，点 亮一盏对应方向的 LED；可能发生侧翻 时，点亮两盏LED， 蜂鸣器工作，侧翻的 可能性越大，蜂鸣越 密集；达到侧翻紧急 状态时，蜂鸣最频 繁，同时点亮第三盏 LED。
•
二等奖获奖作品 ～～魔笔
• 该方案采用美新公司
MEMS加速度传感器作 为获取魔笔运动加速 度的传感单元，通过 感测魔笔在空间中的 二维加速度，并采用 积分的方法得到魔笔 的运动轨迹，由此实 现在讲演文稿上标记 的移动，划线和注释 等功能。
二等奖获奖作品 ～～MEMS 加速度计在虚拟声源回放技术中的应用
Ø
三等奖获奖作品 ～～基于微加速度计的易碎物品运输监测微系统
• 本系统主要通过测取物品的振动加速
度来反映物品的脆弱部件的状态。针 对车辆制动、起动、颠簸、曲线行驶 中的惯性、上下坡、捆扎不牢和野蛮 装卸等原因引起的冲击振动，分别对 物品在运输过程和装卸过程进行振动 监测。 易碎物品受振动冲击的情况被加速度 传感器监测，系统微处理器根据加速 度传感器的X、Y、Z 3路加速度信 度传感器的X 3路加速度信 息，通过系统设定的分析、处理算 法，生成设备的状态数据。将此值与 系统设定值比较，若越限则显示器闪 烁报警，提醒司机减速或停车检查物 品状态。同时将系统测得的大于设定 值的数据存入存储单元，配合实时时 钟记录芯片使用，获取物品运输和装 卸过程中接近物品脆值的振动加速度 和对应的时间信息，为司机驾驶和事 故分析提供数据。
三等奖获奖作品 ～～无线鼠标的设计与实现
• 通过用微加速度计获取运
动加速度的原理来实现鼠 标移动的功能，进行了硬 件平台和软件平台的开发 设计。硬件上采用美国AD 公司的微加速度传感器， 结合Nordic公司最新的 2.4GHz射频无线传输技 术，来采集、处理获得的 加速度信号，从而转变为 鼠标的位移信号，通过 USB接口将电脑能识别的 鼠标信号接入PC机，形成 一个从信号取样、处理到 执行的闭环系统。
MEMS加 速度计 实时时钟 芯片 存储单元 用户机
高速SoC中心控制单元
报警显示模块
•
电源模块
系统的结构框图
三等奖获奖作品 ～～基于三轴加速度计的无键多功能电视遥控器
• 本设计项目是基于美新在
MEMS加速度计的优势，利 用三轴加速度计做传感器， 单片机为控制器设计的绝对 无键化的电视遥控器。该产 品操作方便，只要通过对遥 控器进行三维的摆动就可以 控制电视， 本项目主要应用了美新公司 的MEMS加速度器件的体积 小、精度高的性能，以及 ADI单片机的多功能、体积 小的特点，是加速度计应用 领域里面的又一次创新。
获奖作品集锦
一等奖获奖作品 ～～游戏健身机
• 以MXC6202xM加速度计系统
为动作感应系统，通过设计 软件在PC机上实现对软件信 号抓取及时钟控制，用处理 后的I2C信号控制传统游戏 超级玛丽中的主角动作，实 现人体动作对游戏的控制 ． 产品优点： 成本低、体积小、高可靠 设计简单灵活 创新性 游戏兼容性好 超强扩展性 新健身概念、新游戏概念
• 本方案利用三轴加速度传感
• 该玩具采用微惯性
三等奖获奖作品 ～～“跟屁虫”玩具小车
总体效果图 技术方案图
•
加速度计测量小孩 的运动状态，通过 无线发射将该运动 信息发送给小车的 无线接收模块，由 小车中央处理单元 判断小孩的运动轨 迹，控制小车的驱 动轮对小孩的运动 轨迹进行复制。 经过整体调试，实 现了直线加速、减 速、停止的路径幅 值功能。
小车车体和控制电路板
射频通信模块和加速度传感器模块
三等奖获奖作品 ～～基于MEMS加速度计的智能碰撞感知机器人
Ø 本作品是在原机器人平台
上安装一个二维MEMS加 速度计，当机器人运动过 程中受到外界被动的各方 向的碰撞，用此二维 MEMS加速度计将碰撞信 号检测出来，有效地从机 器人的振动信号中将碰撞 信号检测出来，并能同时 计算出碰撞加速度信号的 大小和方向，然后作出适 当的避障反应。
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系统的整机设计原理框图
系统软件设计流程图
三等奖获奖作品 ～～基于无线加速度传感器网络的医疗辅助康复系统
器：MXR9500G/M 高性能低 功耗的技术优势和无线传感 器网络技术结合，提出了一 套基于无线加速度传感器网 络的医疗辅助康复系统，精 确跟踪身体各主要关节的运 动轨迹和力度 • 这套系统克服了以往系统非 柔性、依赖个人经验、无法 精确纪录和场地受限等缺 点，使医生、病人、病人家 属不再受到时间和空间上的 制约，可以在任何地方接入 此网络，系统将实时将数据 和视频发送给医生或病人家 属。
• 加速度计采集的数据经过处
虚拟现实耳机的实现方式
三等奖获奖作品 ～～智能刹车系统
• 由于紧急刹车和缓踩油门
（一般加速）两种状态下 汽车踏板的加速度值存在 差别，利用MEMS加速度 计获取踩踏油门时的加速 度，通过比对正常和误踩 两种情况下的加速度值， 确定出油门临界加速度。 当识别电路判别出油门加 速度大于临界加速度时， 判定为误操作，产生刹车 信号，从而实现智能刹 车，能有效地避免“把油门 误当刹车”此类交通事故的 发生。
•
三等奖获奖作品 ～～“小乐仙”电子乐器
• 它采用“以演奏者为中心”
（performer-centered）的设计 思想，通过捕捉人体肢体运动 和姿态并根据用户个性化的定 制需求，允许演奏者以符合日 常动作习惯的方式演奏多种器 乐。 在所实现的原型系统中，乐器 外观为符合人们操作习惯的棒 状，用户以感觉自然舒适的方 式握住并挥动乐器，根据不同 的挥动方向和力度乐器将发出 不同的声音（例如，钢琴不同 音符的声音等）。通过我们自 己设计的“小乐仙编程器”（Little Music Fairy Programmer）桌面 软件，用户可以对乐器演奏音 乐的内容进行方便灵活的个性 化配置。
•
系统结构总框图
பைடு நூலகம்
理又反馈回人的听觉系统， 构成了完整的反馈网络，使 人与环境形成了封闭的契合 的整体. • 位置传感器接受人头部的位 置和方向变化，并将其检测 到的位置信号转化为数字信 号。信号处理系统设想为一 块ASIC 实现的集成电路芯 片，实现在接收到位置传感 器的信号之后，将它添加到 原始的信号之中，通过一系 列立体声的实现函数将音像 调整回地球参照系中它原本 的位置。
三等奖获奖作品 ～～汽车黑匣子
Ø 整个系统通过两片MSP430单片
机分别对两片放置在汽车不同 位置的单片机进行模数转换， 然后通过无线射频发射模块传 输到接收存储模块进行数据存 储。 汽车黑匣子事故分析功能（对 采集的加速度信号进行事后分 析，能得出汽车停车前20秒的 运行状态（包括车体前后倾斜 俯仰角、车体左右摇摆滚动 角、车体行驶方向角）以及汽 车的运行轨迹。2、记录汽车行 驶速度、行驶路程。 3、进行 超时报警、超速报警。
•
三等奖获奖作品 ～～基于MEMS加速度计的手写输入笔
• 探索设计了基于MEMS加
速度计的输入笔。所研制 的输入笔使用的是美新公 司的双轴加速度计： MXA2500ML，利用微加速 度计实时测量输入笔尖运 动和倾斜所产生的加速 度，经过特定算法转换为 位移信号通过USB接口传 输给主机，从而实现手写 输入笔的功能。
•
最终作品实物
桌面软件运行截图
三等奖获奖作品 ～～3D无线鼠标
• 本作品针对传统鼠标逐渐暴露
出的种种不足,结合现代先进的 MEMS技术，将嵌入式技术与传 感器技术、无线通信技术、自 动控制技术相融合，用MEMSIC 公司的加速度传感器构建了一 款全新的概念型3D无线鼠标。 该鼠标利用加速度传感器对倾 斜敏感这一技术要点，不仅实 现了传统鼠标所应有的平面定 位、左右键、滚动键等功能， 还成功地摆脱了传统鼠标对平 面的限制。结合实际制作鼠标 特点，我们还在PC机上开发了 一套GUI界面，便于鼠标功能更 好的展示。
•
三等奖获奖作品 ～～MEMS加速度计汽车侧翻预警系统设计
• 根据传感器实时采集
的汽车加速度数据， 计算汽车侧翻因子， 作为判断汽车侧翻的 条件。 车辆正常行驶时，点 亮一盏对应方向的 LED；可能发生侧翻 时，点亮两盏LED， 蜂鸣器工作，侧翻的 可能性越大，蜂鸣越 密集；达到侧翻紧急 状态时，蜂鸣最频 繁，同时点亮第三盏 LED。
•
二等奖获奖作品 ～～魔笔
• 该方案采用美新公司
MEMS加速度传感器作 为获取魔笔运动加速 度的传感单元，通过 感测魔笔在空间中的 二维加速度，并采用 积分的方法得到魔笔 的运动轨迹，由此实 现在讲演文稿上标记 的移动，划线和注释 等功能。
二等奖获奖作品 ～～MEMS 加速度计在虚拟声源回放技术中的应用
Ø
三等奖获奖作品 ～～基于微加速度计的易碎物品运输监测微系统
• 本系统主要通过测取物品的振动加速
度来反映物品的脆弱部件的状态。针 对车辆制动、起动、颠簸、曲线行驶 中的惯性、上下坡、捆扎不牢和野蛮 装卸等原因引起的冲击振动，分别对 物品在运输过程和装卸过程进行振动 监测。 易碎物品受振动冲击的情况被加速度 传感器监测，系统微处理器根据加速 度传感器的X、Y、Z 3路加速度信 度传感器的X 3路加速度信 息，通过系统设定的分析、处理算 法，生成设备的状态数据。将此值与 系统设定值比较，若越限则显示器闪 烁报警，提醒司机减速或停车检查物 品状态。同时将系统测得的大于设定 值的数据存入存储单元，配合实时时 钟记录芯片使用，获取物品运输和装 卸过程中接近物品脆值的振动加速度 和对应的时间信息，为司机驾驶和事 故分析提供数据。
三等奖获奖作品 ～～无线鼠标的设计与实现
• 通过用微加速度计获取运
动加速度的原理来实现鼠 标移动的功能，进行了硬 件平台和软件平台的开发 设计。硬件上采用美国AD 公司的微加速度传感器， 结合Nordic公司最新的 2.4GHz射频无线传输技 术，来采集、处理获得的 加速度信号，从而转变为 鼠标的位移信号，通过 USB接口将电脑能识别的 鼠标信号接入PC机，形成 一个从信号取样、处理到 执行的闭环系统。
MEMS加 速度计 实时时钟 芯片 存储单元 用户机
高速SoC中心控制单元
报警显示模块
•
电源模块
系统的结构框图
三等奖获奖作品 ～～基于三轴加速度计的无键多功能电视遥控器
• 本设计项目是基于美新在
MEMS加速度计的优势，利 用三轴加速度计做传感器， 单片机为控制器设计的绝对 无键化的电视遥控器。该产 品操作方便，只要通过对遥 控器进行三维的摆动就可以 控制电视， 本项目主要应用了美新公司 的MEMS加速度器件的体积 小、精度高的性能，以及 ADI单片机的多功能、体积 小的特点，是加速度计应用 领域里面的又一次创新。