CN202710601U - 多功能加速度运动测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多功能加速度运动测量仪，多功能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具有开关按钮、选择按钮、两个显示按钮、SD卡存储口、USB接口和液晶屏，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、处理和显示，实现了方便的加速度数据的采集与存储。测量仪结构合理，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。

Description

多功能加速度运动测量仪

技术领域

本实用新型涉及一种多功能加速度运动测量仪，属于运动学、力学、电子学的测量仪器技术领域。

背景技术

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力量等信息，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。

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。

本多功能加速度运动测量仪，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多种接口电路和显示电路，不但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，而且还可以对加速度进行分析和综合，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

本实用新型针对现有测量仪器的不足，提出结合了液晶显示屏、三维加速度传感器和单片机控制电路、多存储接口的多功能加速度运动测量仪，多功能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具有开关按钮、选择按钮、两个显示按钮、SD卡存储口、USB接口和液晶屏，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、液晶显示电路和存储电路。测量仪体积小、重量轻，可以长时间采集三维加速度数据。

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1K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、1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1μs的时间内使处理器工作于激活状态。

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500μA(睡眠模式仅有3μA)，可测量0～350Hz、-6g～+6g范围内动态或静态加速度。

测量仪通过单片机的A/D转换器，并配合SD卡存储数据和加速度传感器MMA7260进行测量。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。

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USB2.0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。

本测量仪的液晶显示电路采用CA320240F1作为显示模块，液晶控制芯片采用SED1330。芯片由振荡器、功能逻辑电路、显示RAM管理电路、字符库管理电路以及产生驱动时序的时序发生器组成。SED1330能在很高的工作台频率下迅速地解译微处理器发来的指令代码，将参数置入相应的寄存器内，并触发相应的逻辑功能电路运行。控制部可以管理64K显示RAM，管理内藏的字符发生器及外扩的字符发生器CGRAM或EXCGROM。

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。

附图说明

图1是多功能加速度运动测量仪，其中的1是液晶显示屏，2是加速度测量电路盒，3是液晶显示按钮，4是选择按钮，5是开关按钮，6是SD卡存储口，7是USB接口。

图2是多功能加速度运动测量仪侧面，其中的8是弹性固定扣环。

图3是信号处理电路。

图4是SD卡接口电路。

具体实施方式

在本测量仪使用中，三维加速度传感器经测量电路放大、滤波和传感信号的调理，A/D模数转换器转换等，最后由单片机系统处理并对数据进行存储、通信和显示。测量仪结构合理，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。

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A0，侧向的加速度信号接入模拟输入通道A1，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。

同时在单片机1K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。

本测量仪采用SanDisk公司生产的SD卡，SD卡工作在SPI模式，其SPI接口利用SD卡的CS、SCLK、DATAIN、DATAOUT与MSP430F2274进行通信，其中DATAIN和DATAOUT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。

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。

Claims (6)

1.一种多功能加速度运动测量仪，其特征是：多功能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具有开关按钮、选择按钮、两个显示按钮、SD卡存储口、USB接口和液晶屏，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、液晶显示电路和存储电路。

2.根据权利要求1所述的多功能加速度运动测量仪，其特征是：其三维加速度传感器采用MMA7260。

3.根据权利要求1所述的多功能加速度运动测量仪，其特征是：其单片机控制电路所采用的单片机芯片为TI公司的MSP430F2274。

4.根据权利要求1所述的多功能加速度运动测量仪，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。

5.根据权利要求1所述的多功能加速度运动测量仪，其特征是：其液晶显示电路采用CA320240F1作为显示模块，液晶控制芯片采用SED1330。

6.根据权利要求1所述的多功能加速度运动测量仪，其特征是：其USB接口所采用的USB接口芯片是TI公司的TUSB3410。

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