如何利用加速度傳感器測(cè)量物體的傾斜角度？

說(shuō)明

測(cè)量物體的傾斜角度是加速度傳感器的一種常見(jiàn)應(yīng)用，雖然測(cè)試原理十分簡(jiǎn)單，但具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程中仍然會(huì)遇到很多問(wèn)題，比如傾斜角度的精度問(wèn)題，環(huán)境干擾問(wèn)題。本文將對(duì)精度問(wèn)題進(jìn)行討論，并給出一種簡(jiǎn)化的計(jì)算方式。

基本原理

由于加速度傳感器在靜止放置時(shí)受到重力作用，因此會(huì)有1g的重力加速度。利用這個(gè)性質(zhì)，通過(guò)測(cè)量重力加速度在X/Y軸上的分量，可以計(jì)算出在垂直平面上的傾斜角度。

如圖所示，有Ax=gsinα，Ay=gcosα。則Ax/Ay=tanα，即α=arctan（Ax/Ay）。

根據(jù)以上原理就可以根據(jù)2軸加速度傳感器測(cè)量X-Y的平面上的傾斜角度。

但是在實(shí)際應(yīng)用中，很難保證傾斜只發(fā)生在X-Y平面。因此，用三軸傳感器的傾角計(jì)算公式可拓展如下：

上述公式基本解決了靜態(tài)環(huán)境下的傾角計(jì)算，我們?cè)倏紤]一種更復(fù)雜的場(chǎng)景，運(yùn)動(dòng)條件下計(jì)算傾角，就需要再增加一個(gè)限定條件，即：

硬件實(shí)現(xiàn)

目前，在消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品中使用的加速度主要為數(shù)字輸出（I2C/SPI），可以非常簡(jiǎn)單的跟MCU通信，實(shí)現(xiàn)測(cè)量功能。ST提供的產(chǎn)品按照精度分為LIS2DH12TR（12bit），LIS2HH12TR（16bit），車(chē)規(guī)加速度AIS328DQTR（12bit）。

傾斜角度的精度和加速度值的分辨率之間的關(guān)系:

• 8bit的ADC可以得到3.4。以上的精度

• 10bit的ADC可以得到0.8。以上的精度

• 12bit的ADC可以得到0.2。以上的精度

• 14bit的ADC可以得到0.05。以上的精度

• 16bit的ADC可以得到0.0124。以上的精度