多功能加速度運動測量儀制造技術

本實用新型專利技術涉及一種多功能加速度運動測量儀，多功能加速度運動測量儀由加速度測量電路盒和彈性固定扣環構成，加速度測量電路盒上具有開關按鈕、選擇按鈕、兩個顯示按鈕、SD卡存儲口、USB接口和液晶屏，加速度測量電路盒內具有三維加速度傳感器、單片機控制電路和存儲電路。本運動測量儀通過對三維加速度信號的獲取、處理和顯示，實現了方便的加速度數據的采集與存儲。測量儀結構合理，穩定可靠，可以長時間采集數據，適合于對運動員的加速度測量和大專院校的力學、電子技術等課程的教學測量。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種多功能加速度運動測量儀，屬于運動學、力學、電子學的測量儀器

技術介紹
將加速度傳感器應用于體育運動之中，可以用于獲取運動員的速度和力量等信息，可以對運動員的反應能力和加速度進行測定，對運動員的訓練有很大的幫助作用。以前對運動員反應能力的測定，大多是通過簡單的對聲光反應時間的測定方法，或者是通過計算機模擬測定的方法對運動員進行反應能力的測試。但是這些測試方法受外界環境和人的主觀心理因素的影響較大，誤差較大，不能準確客觀地反映運動員在運動中的神經反應的能力。本多功能加速度運動測量儀，可通過對運動員運動加速度的測量，掌握每一個運動員的神經和運動反應的情況。本技術采用了較先進的三維加速度傳感器，結合單片機控制系統和多種接口電路和顯示電路，不但可以在運動場上直接、精確地測定和存儲運動員的反應和加速度，而且還可以對加速度進行分析和綜合，能促進運動員加速度的研究以及提高運動員的訓練水平，為運動員的選材和訓練提供科學的參考依據。同時本技術也適用于力學、電子學等課程的測量領域。
技術實現思路
本技術針對現有測量儀器的不足，提出結合了液晶顯示屏、三維加速度傳感器和單片機控制電路、多存儲接口的多功能加速度運動測量儀，多功能加速度運動測量儀由加速度測量電路盒和彈性固定扣環構成，加速度測量電路盒上具有開關按鈕、選擇按鈕、兩個顯示按鈕、SD卡存儲口、USB接口和液晶屏，加速度測量電路盒內具有三維加速度傳感器、單片機控制電路、液晶顯示電路和存儲電路。測量儀體積小、重量輕，可以長時間采集三維加速度數據。測量儀的單片機控制電路所采用的單片機芯片為TI公司為便攜設備開發的16位MSP430F2274, MSP430F2274單片機內部集成32K字節片內Flash程序存儲器和IK字節數據RAM。8通道10位逐次逼近型A/D轉換器、硬件乘法器、I路精確模擬比較器、片內看門狗定時器、3路具有硬件捕獲/比較和PWM輸出功能的16位定時器、2路通用串行通訊接口和片內溫度傳感器。同時芯片采用QFP64貼片封裝，節省電路板面積。另外，它的時鐘系統是專為電池供電系統而特別設計的，具有其靈活的時鐘源(外部高速晶振、外部低速晶振、數字控制振蕩器)、可選擇的4種低功耗模式，可以使器件達到最低的功率消耗。而且，數字控制的振蕩器(DCO)可使器件從低功耗模式迅速喚醒，在少于1μ s的時間內使處理器工作于激活狀態。本測量儀的三維加速度傳感器采用飛思卡爾半導體公司的ΜΜΑ7260，它是一款單芯片三維高靈敏度加速度傳感器，基于表面微機械結構，集成信號調理電路、單極點低通濾波器和溫度補償部分，并且具有4種不同的靈敏度選擇模式。MMA7260能在XYZ三個軸向上以極高的靈敏度測量加速度的變化。它采用2. 2 3. 6V單電源供電，工作電流小于500 μ A(睡眠模式僅有3 μ A)，可測量O 350Hz、-6g +6g范圍內動態或靜態加速度。測量儀通過單片機的A/D轉換器，并配合SD卡存儲數據和加速度傳感器MMA7260進行測量。測量儀整個系統由3V電池供電。如果A/D轉換器采樣頻率達到IkHz，在SD存儲卡內部按照FAT16存儲格式創建Windows操作系統可辨認的文本文檔記錄加速度數據，256M存儲卡就可連續存儲12h的加速度數據。本測量儀采用的USB接口芯片是TI公司的TUSB3410，它包含一個8052微控制器單元以及可以通過I2C總線從主機或從外部板上內存加載的16KB RAM。TUSB3410符合通用串行總線的USB2. O規范，支持12Mbps的數據速率，包含使用USB總線與主機進行高效通信所必需的全部邏輯，是一款高性能的USB接口器件，適合于精密的數據采集和轉換。本測量儀的液晶顯示電路采用CA320240F1作為顯示模塊，液晶控制芯片采用SED1330。芯片由振蕩器、功能邏輯電路、顯示RAM管理電路、字符庫管理電路以及產生驅動·時序的時序發生器組成。SED1330能在很高的工作臺頻率下迅速地解譯微處理器發來的指令代碼，將參數置入相應的寄存器內，并觸發相應的邏輯功能電路運行。控制部可以管理64K顯示RAM，管理內藏的字符發生器及外擴的字符發生器CGRAM或EXCGR0M。彈性固定扣環采用金屬片制成，以保證有較好的彈性，并由螺釘與電路盒固定，彈性固定扣環用于方便連接運動員臂帶或腰帶。附圖說明圖I是多功能加速度運動測量儀，其中的I是液晶顯示屏，2是加速度測量電路盒，3是液晶顯示按鈕，4是選擇按鈕，5是開關按鈕，6是SD卡存儲口，7是USB接口。圖2是多功能加速度運動測量儀側面，其中的8是彈性固定扣環。圖3是信號處理電路。圖4是SD卡接口電路。具體實施方式在本測量儀使用中，三維加速度傳感器經測量電路放大、濾波和傳感信號的調理，A/D模數轉換器轉換等，最后由單片機系統處理并對數據進行存儲、通信和顯示。測量儀結構合理，穩定可靠，可以長時間采集數據，適合于對運動員的加速度測量和大專院校的力學、電子技術等課程的教學測量。在本測量儀中，使用A/D單元的3個模擬輸入通道采集垂直、前后、側向3個方向的加速度電壓信號。其中前后方向的加速度信號接入模擬輸入通道AO，側向的加速度信號接入模擬輸入通道Al，垂直方向的加速度信號接入模擬輸入通道A2，未使用的模擬輸入通道都連接模擬地。使用電源電壓作為A/D轉換的參考電壓。3個方向的數據轉換采集的順序為側向、前后向和垂直向，每個通道轉換結束后，會觸發A/D中斷，將A/D轉換結果保存入緩存數組中。由于MSP430F2274單片機的TimerA模塊采用特殊的計數模式，所以定時準確，不存在由于計數器重裝載初始值產生的時間誤差。同時在單片機IK字節的片內數據RAM區為A/D采樣程序分配了 512字節作為保存采樣數據的數據緩沖區，以配合數據存入SD卡的操作過程。為了完成單片機與SD卡的通信過程，將單片機集成的通用串行通信接口單元配置為SPI工作模式。本測量儀采用SanDisk公司生產的SD卡，SD卡工作在SPI模式，其SPI接口利用SD 卡的 CS、SCLK、DATAIN、DATAOUT 與 MSP430F2274 進行通信，其中 DATAIN 和 DATA0UT 是數據的輸入和輸出信號線，CS是SD片的片選信號線，在整個SPI操作過程中，CS必須保持低電平有效，SCLK是外部控制器提供的時鐘信號。TUSB3410支持自帶電源與總線供電兩種模式，其通過在高速USB端口與增強型通 用異步接收機/發送器(UART)串行端口之間進行橋接。在本技術中，TUSB3410采用總線供電模式。權利要求1.一種多功能加速度運動測量儀，其特征是多功能加速度運動測量儀由加速度測量電路盒和彈性固定扣環構成，加速度測量電路盒上具有開關按鈕、選擇按鈕、兩個顯示按鈕、SD卡存儲口、USB接口和液晶屏，加速度測量電路盒內具有三維加速度傳感器、單片機控制電路、液晶顯不電路和存儲電路。2.根據權利要求I所述的多功能加速度運動測量儀，其特征是其三維加速度傳感器采用 MMA7260。3.根據權利要求I所述的多功能加速度運動測量儀，其特征是其單片機控制電路所采用的單片機芯片為TI公司的MSP430F2274。4.根據權利要求I所述的多功本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多功能加速度運動測量儀，其特征是：多功能加速度運動測量儀由加速度測量電路盒和彈性固定扣環構成，加速度測量電路盒上具有開關按鈕、選擇按鈕、兩個顯示按鈕、SD卡存儲口、USB接口和液晶屏，加速度測量電路盒內具有三維加速度傳感器、單片機控制電路、液晶顯示電路和存儲電路。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：汪建，范秋麗，
申請(專利權)人：四川農業大學，汪建，
類型：實用新型
國別省市：