nghiên cứu ứng dụng cảm biến gia tốc trong điều khiển cân bắng xe đạp 2 bánh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CẢM BIẾN GIA TỐC
TRONG ĐIỀU KHIỂN CÂN BẮNG XE ĐẠP 2 BÁNH
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: T2011 - 54

S KC 0 0 3 6 2 6

Tp. Hồ Chí Minh, 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CẢM BIẾN GIA TỐC
TRONG ĐIỀU KHIỂN CÂN BẮNG XE ĐẠP 2 BÁNH
Mã số: T2011-54

Chủ nhiệm đề tài: Ths. Lê Thanh Tùng

TP. HCM, tháng 2/2012


MỤC LỤC
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Đối tƣợng nghiên cứu ..................................................................................................... 2
1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc .................................................................... 2
1.2.1Tình hình trong nƣớc ............................................................................................... 2
1.2.2 Tình hình ngoài nƣớc ............................................................................................ 2
1.2. 3 Những vấn đề còn tồn tại............................................................................................. 3
1.3 Mục đích đề tài ............................................................................................................... 4
1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................................ 4
1.4.1Các phƣơng pháp sử dụng trong đề tài .................................................................... 4
1.4.2 Phƣơng án thực hiện ............................................................................................... 4

CHƢƠNG 2: ACCERLEROMETER
2.1. Giới thiệu công nghệ Mems ..................................................................................... 5
2.2 Công nghệ chế tạo sản phẩm Mems .......................................................................... 5
2.3 Ứng dụng của cảm biến Mems .................................................................................. 8
2.4 Nguyên lý hoạt động của cảm biến Accerlaromter ................................................... 9
2.5 Cảm biến MMA7260 ................................................................................................. 14
2.5.1 Đặc điểm ................................................................................................................. 15
2.5.2 Những ứng dụng điển hình ..................................................................................... 15
2.5.3 Sơ đồ khối cấu trúc ................................................................................................. 16
2.5.4 cấu tạo bên ngoài .................................................................................................... 16
2.4.5 Nguyên lý hoạt động .............................................................................................. 19
2.4.6 Những tính năng đặc biệt........................................................................................ 20
2.4.7 Kết nối cơ bản ......................................................................................................... 20
2.4.8 Những thông số hoạt động của cảm biến ............................................................... 22
2.4.9 Thiết kế mạch ứng dụng ........................................................................................ 25
CHƢƠNG 3: GYROSCOPE
3.1.Lực Coriolis trên Gyroscope ..................................................................................... 29
3.2. Nguyên lý hoạt động Gyroscope .............................................................................. 29
3.3 Gyroscope LPY550AL ............................................................................................. 31
CHƢƠNG 4: XỬ LÝ TÍN HIỆU CẢM BIẾN
4.1 Lọc nhiễu tín hiệu cảm biến ...................................................................................... 34
4.1.1 Khái niệm bộ lọc .................................................................................................... 34
4.1.2 Bộ lọc Kalman ........................................................................................................ 34
4.1.3 Quy trình ƣớc lƣợng ............................................................................................... 35
4.2 Phƣơng pháp lọc nhiễu sử dụng trong đề tài
CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN
5.1 Kết luận .................................................................................................................... 39
5.2. Hƣớng phát triển ....................................................................................................... 39

1

Chương 1

Tổng quan
1.1. Đối tượng nghiên cứu .
Công nghệ vi cơ điện tử ( MEMS-Micro Electro Mechanical Systems) đã và đang
tạo ra những biến đổi mang tính cách mạng trong chế tạo linh kiện biến năng kích
thƣớc micro, đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực giao thông, công nghiệp, y
học, quân sự…MEMS là sự tích hợp của các yếu tố vi cơ, vi cảm biến, vi chấp hành,
và vi điện tử trên một nền Silicon hoặc Polime bằng công nghệ vi chế tạo.
Cảm biến gia tốc đƣợc chế tạo dựa trên công nghệ vi cơ điện tử, vi hệ thống( gọi
tắt là cảm biến gia tốc vi cơ điện tử) là một trong những sản phẩm phong phú và đa
dạng nhất của công nghệ MEMS. Nó đã và đang thâm nhập một cách mạnh mẽ vào
hầu hết các lĩnh vực nhƣ công nghiệp ôtô, y sinh học, điện tử dân dụng, công nghệ
không gian, vũ trụ…Và nhanh chóng thay thế các loại cảm biến gia tốc thông thƣờng
trƣớc đây bằng ƣu thế vƣợt trội nhƣ nhạy hơn, kích thƣớc nhỏ, độ tin cậy cao, ngày
càng thông minh và rẻ hơn.
Nhận thức đƣợc tầm quan trọng và xu hƣớng của công nghệ MEMS nói chung và
sản phẩm cảm biến gia tốc của nó nói riêng, ngƣời nghiên cứu quyết định chọn cảm
biến gia tốc MMA7260Q của hãng Freescale Semiconductor làm đối tƣợng nghiên
cứu chính, và thực hiện đề tài Nghiên cứu, ứng dụng cảm biến gia tốc trong điều
khiển cân bằng xe đạp 2 bánh.
1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước .
1.2.1 Tình hình trong nước.
Việc nghiên cứu, ứng dụng cảm biến gia tốc chế tạo dựa trên công nghệ
MEMS nói chung chƣa phổ biến trong thực tiễn cũng nhƣ trong giảng dạy. Một số
bài báo và nghiên cứu tiêu biểu nhƣ :
- Xe hai bánh tự cân bằng di chuyển trên địa hình phẳng.
- Sử dụng cảm biến ADXL202 để xây dựng thiết bị trỏ thay chuột máy tính.

- Khảo sát đặc trƣng và khả năng ứng dụng của cảm biến gia tốc MEMS.
- Nghiên cứu thiết kế và mô phỏng cảm biến gia tốc áp điện trở có độ nhạy
cao.
- Robot hình dạng ngƣời.
1.2.2 Tình hình ngoài nước.
Cảm biến gia tốc đã đƣợc nghiên cứu và sử dụng khá rộng rãi ở các nƣớc
tiên tiến, chúng đƣợc các công ty nhƣ Freescale Semiconductor,
STMicroelectronics, Analog Devices…sản xuất hàng loạt và đƣợc nghiên cứu, ứng
dụng vào một số sản phẩm cụ thể nhƣ:
- Thiết bị chơi game Wii
- Sử dụng trong các khớp của robot dạng ngƣời Asimo, robot nhện…
- Ứng dụng trong điện thoại iPhone
- Xe 2 bánh tự cân bằng Segway
- Chuột ảo trên điện thoại dùng điều khiển xe đồ chơi
- Điều khiển thực tại ảo dùng trong y tế, điều khiển

2


Và rất nhiều sản phẩm, công trình nghiên cứu trong thực tế, giảng dạy có
sự hiện diện của cảm biến gia tốc vi cơ điện tử.
1.2.3 Những vấn đề còn tồn tại.
Cảm biến gia tốc vi cơ điện tử nói chung còn khá mới mẻ với phần lớn sinh viên,
một phần do công nghệ MEMS ở Việt Nam mới ở dạng nghiên cứu chứ chƣa mang
tính ứng dụng rộng rãi, trong nƣớc chỉ mới có một số trung tâm nghiên cứu nhƣ của
ĐH Công Nghệ-ĐH Quốc Gia Hà Nội, ĐH Quốc Gia TP.HCM. Hƣớng tiếp cận tƣơng
đối khó khăn và để sử dụng đƣợc hết những lợi thế mà cảm biến gia tốc vi cơ điện tử
mang lại đòi hỏi ngƣời nghiên cứu có kỹ năng lập trình tốt.
Phạm vi ứng dụng của cảm biến gia tốc là rất rộng rãi, mang tính công nghệ cao,
có thể có mặt trong các thiết bị cao cấp.

Chúng ta vẫn phải nhập ngoại một số sản phẩm ứng dụng của cảm biến gia tốc
với giá thành hàng ngàn USD, nhƣ xe Segway giá 6.000 USD.
Vì vậy mà việc nghiên cứu, ứng dụng cảm biến gia tốc vào thực tế nói chung và
một ứng dụng cụ thể trong đề tài là điều khiển xe đạp 2 bánh tự cân bằng nói riêng là
một hƣớng đi mang tính mới mẻ, cơ bản, thực tiễn.
1.3 Mục đích đề tài.
Xuất phát từ thực tiễn và xu hƣớng đã nêu trên , đề tài này đƣơ ̣c thƣ̣c hiê ̣n với
nhƣ̃ng mục đích sau:
-Bƣớc đầu tim hiểu nguyên lý cảm biến Mems và ứng dụng nó trong mô hình
cân bằng xe đạp 2 bánh.Tạo ra mô ̣t sản phẩ m phục vụ cho viê ̣c nghiên cƣ́u lâ ̣p
trình, điề u khiể n trong ho ̣c tâ ̣p . Mô ̣t sản phẩ m thƣ̣c tiễn có thể dùng trong thƣơng
mại, giải trí.
- Góp phần đƣa một loại cảm bi ến tiên tiến đến gần với sinh viên , tạo những cơ
sở lý thuyế t giúp cho viê ̣c nghiên cƣ́u dễ dàng hơn , kích thích việc nghiên cứu và
ứng dụng cảm biến gia tốc vào những thiết bị cao cấp trong cuộc sống .
1.4 Phương pháp nghiên cứu.
1.4.1 Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong đề tài.
- Phƣơng pháp tham khảo tài liê ̣u : tìm kiếm tài liệu trong sách báo , trên internet
làm cơ sở lý thuyết, tài liệu tham khảo.
- Phƣơng pháp thƣ̣c nghiê ̣m : tƣ̀ nguồ n tà i liê ̣u đã thu thâ ̣p , chắ t lo ̣c và lên kế
hoạch thực hiện từng modul cho phù hợp với đề tài . Thiế t kế và thi công mô hình
với nhƣ̃ng trang thiế t bi ̣hiê ̣n có của ngƣời nghiên cƣ́u , thƣ̣c nghiê ̣m điề u khiể n
đƣơ ̣c tiế n hành thƣờng xuyên, theo tƣ̀ng modul nhỏ .
1.4.2 Phương án thư ̣c hiêṇ
- Phác thảo những module cần có trong đề tài.
- Thiế t kế mô hiǹ h cơ khí bằ ng phầ n mềm Pro -e, thi công mô hin
̀ h bằ ng nhƣ̃ng
dụng cụ, phƣơng tiê ̣n hiê ̣n có của cơ sở .
- Thiế t kế board ma ̣c h trên mô hình xe bằ ng phầ n mề m Orcad , thƣ̣c hiê ̣n thi
công board ma ̣ch , hàn các linh kiện tạo thành board mạch hoàn chỉnh , kiể m tra

hoạt động của từng board mạch.
Tiế n hành viế t chƣơng trin
̀ h điề u khiể n hoa ̣t đô ̣ng của m ô hin
̀ h bằ ng phầ n
mề m Bascom AVR , kiể m chƣ́ng các thông số của cảm biế n bằ ng công cu ̣ hiê ̣n có
trong phầ n mề m .
Kiể m tra sƣ̣ ổ n đinh
̣ của mô hin
̀ h bằ ng thƣ̣c nghiê ̣m.
3


Chương 2

ACCELEROMETER
2.1 Giới thiệu công nghệ Mems
Vào thế kỷ XX, các thiết bị điện tử đƣợc tích hợp với số lƣợng ngày càng
lớn, kích thƣớc ngày càng nhỏ và chức năng ngày càng đƣợc nâng cao. Điều này
đã mang lại sự biến đổi sâu sắc cả về mặt công nghệ lẫn xã hội. Vào cuối những
năm 50 của thế kỷ XX, một cuộc cách mạng hoá về công nghệ micro đã diễn ra và
hứa hẹn một tƣơng lai cho tất cả các ngành công nghiệp. Hệ thống vi cơ điện tử
(Micro ElectroMechanical Systems) viết tắt là MEMS cũng đã đƣợc ra đời và phát
triển trong giai đoạn này.
Công nghệ vi cơ đã và đang tiến xa hơn nhiều so với nguồn gốc của nó là
công nghiệp bán dẫn. MEMS bao gồm những cấu trúc vi cơ, vi sensor, vi chấp
hành và vi điện tử cùng đƣợc tích hợp trên cùng một chip (on chip). Các linh kiện
MEMS thƣờng đƣợc cấu tạo từ silic. Một thiết bị MEMS thông thƣờng là một hệ
thống vi cơ tích hợp trên một chip mà có thể kết hợp những phần cơ chuyển động
với những yếu tố sinh học, hoá học, quang hoặc điện. Kết quả là các linh kiện
MEMS có thể đáp ứng với nhiều loại lối vào: hoá, ánh sáng, áp suất, rung động

vận tốc và gia tốc...Với ƣu thế có thể tạo ra những cấu trúc cơ học nhỏ bé tinh tế
và nhạy cảm đặc thù, công nghệ vi cơ hiện nay đã cho phép tạo ra những bộ cảm
biến (sensor), những bộ chấp hành (actuator) đƣợc ứng dụng rộng rãi trong cuộc
sống. Các bộ cảm biến siêu nhỏ và rất tiện ích này đã thay thế cho các thiết bị đo
cũ kỹ, cồng kềnh trƣớc đây. Song công nghệ MEMS mới đang ở giai đoạn đầu của
nó và cần rất nhiều những nghiên cứu cơ bản hơn, sâu hơn
2.2 Công nghệ chế tạo các sản phẩm MEMS

Các sản phẩm MEMS là sự tích hợp vi mạch điện tử với các linh kiện, các
chi tiết vi cơ. Mạch vi điện tử đƣợc chế tạo trên phiến silic do đó xu hƣớng chung
là lợi dụng tối đa vật liệu silic để chế tạo các linh kiện vi cơ theo những kĩ thuật
tƣơng tự với kĩ thuật làm mạch vi điện tử, điển hình là kỹ thuật khắc hình.
Tuy nhiên các linh kiện của mạch vi điện tử đều nằm trên mặt phẳng
(công nghệ planar nghĩa là phẳng) còn nhiều linh kiện vi cơ phải thực hiện những
thao tác nhƣ dịch chuyển, rung, quay, đẩy kéo, bơm v.v… Do đó chúng không chỉ
nằm trên một mặt phẳng mà có một phần, có khi hoàn toàn tách ra khỏi mặt
phẳng. Mặt khác các chi tiết vi cơ phải làm bằng vật liệu có tính chất thích hợp thí
dụ có chi tiết cần đàn hồi nhƣ lò xo, có chi tiết cần rất cứng, có chi tiết cần mềm
dẻo, có chỗ cần phản xạ tốt ánh sáng, có chỗ cần dẫn điện. May mắn là trên cơ sở

4


silic có thể làm ra một số vật liệu đáp ứng đƣợc nhu cầu nói trên, thí dụ oxyt silic
(SiO2) cách điện, silic đa tinh thể (poly - Si) dẫn điện đƣợc, nitrit silic (Si3N4) vừa
cứng vừa đàn hồi. Cũng có thể dùng các phƣơng pháp bốc bay, phún xạ để tạo
những lớp chất đặc biệt nhƣ lớp kim loại phản xạ, lớp áp điện, lớp hợp kim đàn
hồi v.v…lên bề mặt silic rồi khắc hình để chỗ này có mặt phản xạ tốt dùng làm
gƣơng, chỗ kia có lá kim loại đàn hồi dùng làm lò so v.v…
Có thể kể đến một số phƣơng pháp về gia công các chi tiết cơ tiêu biểu ở công

nghệ MEMS nhƣ sau:
-

Gia công vi cơ khối
Gia công vi cơ khối là lấy đi một phần thể tích trong phiến vật liệu để hình

thành chi tiết vi cơ. Gọi là gia công nhƣng thực ra là dùng các phƣơng pháp hoá, lý để
ăn mòn (tẩm thực) tạo ra trên phiến các lỗ sâu, các rãnh, các chỗ lõm v.v...
Để hình thành các chi tiết cơ ở phần còn lại có hai cách phổ biến:
Ăn mòn ướt: thƣờng dùng đối với các phiến vật liệu là silic, thạch anh. Đây là
quá trình dùng dung dịch hoá chất để ăn mòn theo những diện tích định sẵn nhờ các mặt
nạ (mask). Các dung dịch hoá chất thƣờng dùng đối với silic là các dung dịch axit
hoặc hỗn hợp các axit nhƣ HF, HNO3, CH3COOH, hoặc KOH. Việc ăn mòn có thể là
đẳng hƣớng (ăn mòn đều nhau theo mọi hƣớng) hoặc dị hƣớng (có hƣớng tinh thể ăn
mòn nhanh, có hƣớng chậm).
Ăn mòn khô: ăn mòn khô bằng cách cho khí hoặc hơi hoá chất tác dụng thƣờng
là ở nhiệt độ cao. Hình dạng, diện tích hố ăn mòn đƣợc xác định theo mặt nạ (mask) đặt
lên bề mặt phiến vật liệu. Để tăng cƣờng tốc độ ăn mòn có thể dùng sóng điện từ (RF)
kích thích phản ứng hoặc dùng điện thế để tăng tốc độ ion tức là tăng tốc độ các viên đạn
bắn phá.
- Gia công vi cơ bề mặt
Thí dụ để trên phiến silic cần tạo ra một dầm đa tinh thể silic một đầu cố định,
một đầu tự do có thể làm theo các giai đoạn sau:
- Tạo ra lớp oxyt silic trên phiến silic.
- Dùng mặt nạ 1 khoét (theo cách khắc hình) diện tích để sau này gắn vào đấy đầu cố
định của dầm.
- Phủ lên toàn bộ một lớp đa tinh thể silic rồi dùng mặt nạ 2 để khắc hình khoét đi lớp
silic đa tinh thể, chỉ chừa lại một dầm.
- Nhúng toàn bộ vào một loại axit để hoà tan hết SiO2 (nhƣng không hoà tan silic) ta có
đƣợc dầm đa tinh thể một đầu bám vào phiến silic, một đầu tự do.

5


Trong thí dụ trên có những lớp chế tạo ra nhƣ lớp SiO2 chỉ có vai trò trong một
giai đoạn gia công, sau đó lại hoà tan để loại bỏ. Ngƣời ta gọi đó là lớp hi sinh.
- Hàn
Để tạo ra các chi tiết vi cơ phức tạp, sâu, kín nhƣ ống dẫn, bể ngầm... có
thể thực hiện việc gia công ở hai phiến rồi hàn úp hai mặt gia công lại với nhau.
Tạo một cái hố trên bề mặt một phiến bằng cách ăn mòn thông thƣờng rồi hàn lên
trên phiến đó một phiến khác để đậy hố lại. Gọi là hàn nhƣng thực ra là ép nhiệt
trực tiếp hai phiến lại hoặc dùng thêm một lớp lót để tăng cƣờng sự kết dính.
- Gia công bằng tia laze
Có thể dùng tia laze để tạo ra những chi tiết vi cơ theo kiểu khoét lần lƣợt, điều khiển
trực tiếp. Tuy nhiên cách gia công này rất chậm, không gia công đồng loạt đƣợc. Vì vậy
ở công nghệ MEMS cách gia công bằng laze thƣờng chỉ dùng để làm khuôn. Laze dùng
là laze eximơ mới đủ mạnh và vật liệu để gia công thƣờng là chất dẻo, polymer.
- Liga
LIGA là từ ghép các chữ đầu của Lithgraphie Galvanofruningund
Abformung, tiếng Đức nghĩa là khắc hình, mạ điện và làm khuôn. Đây là kỹ thuật tạo ra
các hệ vi cơ ba chiều chứ không phải là hai chiều nhƣ ở các cách khắc hình
bình thƣờng.
2.3 Ứng dụng của các cảm biến MEMS

Tuy rằng MEMS mới ra đời chƣa lâu nhƣng đã có rất nhiều ứng dụng góp phần
không nhỏ vào sự phát triển đời sống xã hội.
Các ứng dụng phổ cập:

Các ứng dụng phổ cập nhất hiện nay của công nghệ MEMS trong các ngành công
nghiệp có thể tóm tắt nhƣ sau:
6

Sensor áp suất: Kiểm tra tỷ lệ nhiên liệu và các chức năng đo đạc khác khác
trong ôtô, thiết bị đo huyết áp và các ứng dụng dân dụng khác.
Sensor gia tốc và gyroscope: Túi khí trong ôtô, thiết bị định hƣớng cho tên lửa và các
phƣơng tiện vận tải.
Hiển thị: Các màn hình độ phân giải cao dùng các vi gƣơng cho các thiết bị điện tử
.
Đầu phun mực: Hàng trăm triệu chip phun mực một năm cho các máy in laser
đen trắng và mầu.
Các sensor hoá học: Cho các mục đích y tế và y sinh học.
Chuyển mạch cho thông tin quang sợi: Internet, truyền hình và thông tin giải
rộng dùng cáp quang.
Vi van: Các hệ sắc kế khí cực nhỏ sử dụng các dãy vi van.
Chuyển mạch điện cơ: Các vi rơle trong các ứng dụng một chiều, xoay chiều và vô
tuyến.
2.4 Vi cảm biến gia tốc

Cảm biến gia tốc là một thiết bị dùng để đo gia tốc.
Cảm biến vi cơ là một loại cảm biến đƣợc chế tạo theo công nghệ vi cơ. Nó
chính là một trong những sản phẩm phong phú và đa dạng nhất của công nghệ
MEMS.
Cảm biến vi cơ ngày càng nhanh hơn, nhạy hơn, nhẹ hơn, rẻ hơn và có độ tin cậy
cao chƣa từng có so với các cảm biến chế tạo theo công nghệ điện tử trƣớc đây. Trong
đề tài này chúng ta đặc biệt quan tâm đến khả năng ứng dụng của cảm biến gia tốc vi cơ
điện tử.
Cảm biến gia tốc chế tạo theo công nghệ vi cơ điện tử có hai loại là cảm
biến kiểu tụ và cảm biến kiểu áp trở. Trong nhiều ứng dụng việc lựa chọn cảm
biến kiểu tụ hay kiểu áp trở là rất quan trọng. Cảm biến kiểu áp trở có ƣu điểm là
công nghệ cấu tạo rất đơn giản. Tuy nhiên nhƣợc điểm của nó là hoạt động phụ

thuộc nhiều vào sự thay đổi nhiệt độ và có độ nhạy kém hơn cảm biến kiểu tụ. Các
cảm biến kiểu tụ có độ nhạy cao hơn, ít bị phụ thuộc vào nhiệt độ, ít bị nhiễu và
mất mát năng lƣợng. Tuy nhiên chúng có nhƣợc điểm là mạch điện tử phức tạp
hơn. Hiện nay cảm biến gia tốc kiểu tụ đƣợc ứng dụng rộng rãi hơn
2. 4. Nguyên lý hoạt động cảm biến Accelerometer
Để hiểu về hoạt động của accelerometers, ta có thể hình dung một trái cầu đặt trong
không gian của một hộp lập phƣơng với trục tọa độ

7


Hình 2.6 Mô hình nguyên lý Accelerometer
Nếu môi trƣờng trong hộp là không có lực trong trƣờng, tức trái cầu sẽ lơ lửng trong
tâm hộp. Nếu ta di chuyển hộp sang trái với gia tốc bằng gia tốc trọng trƣờng 1g=9.8m/s^2,
trái cầu sẽ chạm vào mặt X-, khi đó ta có thể đo áp lực của quả cầu lên mặt X- và đó là giá trị
ngõ ra khi di chuyển cảm biến sang trái với gia tốc -1g
Nếu ta để hộp đứng yên nhƣng quả cầu đặt trong từ trƣờng trái đất và đƣợc thả rơi với
gia tốc trong trƣờng, trái cầu sẽ chạm vào mặt Z-, khi đó ta có thể đo áp lực của quả cầu lên
mặt Z- và đó là giá trị ngõ ra khi di chuyển cảm biến lên với gia tốc -1g, nhƣ hình dƣới:

Nếu vị trí hộp đƣợc xoay 450 thì ta sẽ có nhƣ hình sau:

8


Bây giờ giả sử ta cho hộp di chuyển trong không gian theo một hƣớng R bất kì:

R^2 = Rx^2 + Ry^2 + Rz^2
R=1, Rx = -SQRT(1/2), Ry = 0 , Rz = -SQRT(1/2) thì :
1^2 = (-SQRT(1/2) )^2 + 0 ^2 + (-SQRT(1/2))^2

9


Nhƣ vậy với các giá trị Rx, Ry, Rz thực đo đƣợc ở ngõ ra ta có thể biết đƣợc giá trị gia
tốc thực của cảm biến.
Hầu hết ngõ ra các cảm biến là digital hoặc analog, nếu gõ ra digital ta có thể dùng
I2C , SPI hoặc USART tuy nhiên nếu ngõ ra analog thì ta phải dùng ADC 10bit (0-1023),
12bit (0-4095).
Giả sử cảm biến ngõ ra analog 10bit ta đo đƣợc các giá trị nhƣ sau:
AdcRx = 586
AdcRy = 630
AdcRz = 561
Mỗi bộ ADC sẽ có điện áp tham chiếu khác nhau, giả sử là 3.3v. Để chuyển giá trị
ADC 10bit sang điện áp ta có công thức sau:
VoltsRx = AdcRx * Vref / 1023
Chú ý: nếu dùng bộ ADC 8bit ta chia cho 255=2^8-1 hoặc 12bit ta chia cho
4095=2^12-1
Áp dụng cho 3 ngõ tín hiệu đo đƣợc :
VoltsRx = 586 * 3.3V / 1023 =~ 1.89V (lấy 2 số lẻ sau dấu phẩy)
VoltsRy = 630 * 3.3V / 1023 =~ 2.03V
VoltsRz = 561 * 3.3V / 1023 =~ 1.81V
Mỗi loại accelerometer có ngƣỡng điện áp tại đó góc lệch bằng 0 (zero-g). Giả sử
Vzero-g= 1.65V, khi đó ta có:
DeltaVoltsRx = 1.89V - 1.65V = 0.24V
DeltaVoltsRy = 2.03V - 1.65V = 0.38V
DeltaVoltsRz = 1.81V - 1.65V = 0.16V
Bây giờ ta đã có giá trị điện áp đo đƣợc, tuy nhiên đó không phải là gia tốc với đơn vị
g (1g=9.8m/s^2), để làm điểu này ta cần sử dụng thông số độ nhạy của accelerometer (có đơn
vị mV/g). Giả sử độ nhạy của cảm biến này là Sensitivity = 478.5mV/g =0.4785V/g (giá trị độ
nhạy của cảm biến có thể tìm thấy từ Datasheet). Khi đó giá trị thể hiện với đơn vị góc lệch

trong trƣờng g tính bởi công thức:
Rx = DeltaVoltsRx / Sensitivity
Hay ta có:
Rx = 0.24V / 0.4785V/g =~ 0.5g
Ry = 0.38V / 0.4785V/g =~ 0.79g
Rz = 0.16V / 0.4785V/g =~ 0.33g
Tóm gọn các công thức ta có công thức tổng quát nhƣ sau:

10


Rx = (AdcRx * Vref / 1023 - VzeroG) / Sensitivity [2]
Ry = (AdcRy * Vref / 1023 - VzeroG) / Sensitivity
Rz = (AdcRz * Vref / 1023 - VzeroG) / Sensitivity
Bây giờ ta đã có 3 giá trị xác định ngõ ra. Quay lại mô hình trƣớc và giải thích thêm một
số khái niệm :

Gọi góc giữa các trục X,Y, Z và vector R là Axr, Ayr, Azr ta có:
cos(Axr) = Rx / R
cos(Ayr) = Ry / R
cos(Azr) = Rz / R
với R = SQRT( Rx^2 + Ry^2 + Rz^2).
Khi R=1=SQRT(cosX^2 + cosY^2 + cosZ^2) ,vector đơn vị
Hay ta có thể tính ngƣợc lại giá trị góc bằng công thức:
Axr = arccos(Rx/R)
Ayr = arccos(Ry/R)
Azr = arccos(Rz/R)
Công thức thƣờng dùng:
cosX = cos(Axr) = Rx / R
cosY = cos(Ayr) = Ry / R

cosZ = cos(Azr) = Rz / R
2.5 Cảm biến accerlerrometer 7260

Có rất nhiều dạng cảm biến đo lƣờng gia tốc, dao động, va chạm, hay góc
nghiêng…mỗi cảm biến có đặc tính khác nhau về các tín hiệu ngõ ra, môi trƣờng hoạt
11


động, chi phí sản xuất. Cảm biến đo gia tốc có khả năng đo lƣờng gia tốc, có thể cho
giá trị vận tốc bằng tích phân bậc một và giá trị vị trí với tích phân bậc hai. Khả năng
dao động hay va chạm có thể đƣợc dùng cho việc kiểm tra độ chịu lực của máy cũng
nhƣ kiểm tra sự chuyển động và va chạm.
Cảm biến gia tốc vi cơ điện tử có 3 loại chính là cảm biến gia tốc kiểu tụ, áp điện
và áp điện trở. Ba loại cảm biến này có những ƣu điểm riêng của chúng, nhìn về mặt
phổ biến thì cảm biến gia tốc kiểu áp điện trở khá thông dụng do công nghệ chế tạo
loại cảm biến này đơn giản, tuy nhiên loại cảm biến này lại có độ nhạy kém hơn các
loại cảm biến gia tốc kiểu tụ. Cảm biến gia tốc kiểu tụ có độ nhạy cao, ít bị ảnh hƣởng
của nhiệt độ, ít mất mát năng lƣợng.
Cảm biến gia tốc MMA7260 XYZ là cảm biến đo góc nghiêng. Độ nhạy có thể
điều chỉnh đƣợc trong khoảng 1.5g đến 6g. Trên board mạch MMA7260 có tích hợp
bộ ổn áp 3.3V để tiện sử dụng cho những ứng dụng sử dụng vi điều khiển 5V. Giá
thành của sản phẩm này tƣơng đối thấp.
Cảm biến gia tốc MMA7260 thuộc dạng cảm biến kiểu tụ, nó có khả năng cảm
nhận và đƣa ra các thông tin về vị trí , gia tốc trên cả 3 trục tọa độ X, Y, Z . Nó gồm
một bộ lọc thông thấp đơn cực, bộ bù nhiệt độ. Cảm biến còn có chế độ nghỉ chờ, đây
là một ý tƣởng hay cho việc tiết kiệm năng lƣợng khi thết bị không hoạt động.

Hình 2.5 Mô tả lực Coriolis trên Gyroscope
cơ khí

Hình 2.1- Acecerlerrometer
12


2.5.1 Đặc điểm.
Cảm biến gia tốc ba trục (Accelerometer) là một cảm biến chuyên dùng để xác
định góc nghiêng. Nó có kích thuớc rất nhỏ, hoạt động trong vùng điện áp từ
2.2V đến 3.6V. Có khả năng giao tiếp với vi điều khiển 5V.
- Có thể lựa chọn các cấp độ nhạy (1,5g/2g/4g/6g)
- Dòng tiêu thụ thấp : 500µA
- Dòng tiêu thụ khi ở chế độ nghỉ : 3µA
- Điê ̣n áp hoạt động thấp :2,2V – 3,6V
- Nhiê ̣t độ làm việc cho phép : -40 – 125oC
- Kích thƣớc đóng vỏ : 6mm x 6mm x 1,45mm ( kiểu vỏ QFN)
- Dãi độ nhạy: 1.5g (GS1 và GS2 on), 2g (GS1on và GS2 off), 4g (GS1 off và
GS2 on), 6g (GS1 và GS2 đều off, hiệu chỉnh độ nhạy thông qua chân GS1,
GS2, mặc định 6g).
- Khối lƣợng: 0.85g không kể header
- Thời gian mở nhanh
- Tích hợp sự biến đổi tín hiệu với bộ lọc thông thấp
- Kiể u dáng ma ̣nh mẽ , khả năng chống shock cao
- Thân thiê ̣n với môi trƣờng
- Giá thành rẻ.
2.5.2 Những ứng du ̣ng điể n hin
̀ h.
- Trong máy nghe nha ̣c MP3 : phát hiện máy bị rơi, điề u khiể n chuyể n bài hát
- Trong máy tiń h xách tay : phát hiện máy bị rơi, chố ng trô ̣m
- Điê ̣n thoa ̣i di đô ̣ng : ổn đinh
̣ hình ảnh , chƣ́c năng phím cuô ̣n bằ ng chuyể n
đô ̣ng, quay số bằ ng chuyể n đô ̣ng , la bàn điê ̣n tƣ̉.

- Dụng cụ đo bƣớc: cảm biến chuyển động
- Điề u khiể n thƣ̣c ta ̣i ảo trong y ho ̣c, công nghiê ̣p và giao thông
- PDA : phím cuộn bằng chuyể n đô ̣ng
- Trong công nghiê ̣p ôtô : xe tƣ̣ lái, túi khí chống va chạm.
- Đinh
̣ vi ̣và dẫn hƣớng trong hàng không , vũ trụ và hàng hải : sƣ̣ bù đô ̣
nghiêng trong la bàn điê ̣n tƣ̉
- Trò chơi điện tử : nhâ ̣n biế t đô ̣ nghiêng và sƣ̣ chuyể n đô ̣ ng, ghi nhâ ̣n sƣ̣ tác
đô ̣ng, trong các trò chơi game 3D
- Robotic : cảm biến chuyển động khi robot di chuyển .
2.5.3 Sơ đồ khối cấu trúc
MMA7260Q gồm có các khối cơ bản sau :
- G-Cell Sensor : khối chuyển đổi giá trị gia tốc trọng trƣờng.
- Oscillator : khối tạo dao động
- Clock Generator : bộ tạo xung đồng hồ
- C to V converter : khối chuyển đổi điện từ dạng điện dung sang điện áp
- Gain + Filter : bộ khuếch đại và lọc
- X, Y, Z temp comp : các khối lƣu trữ ngõ ra tạm của 3 trục X, Y, Z
- Control logic EEPROM trim circuits : khối điều khiển logic, vi chỉnh …
MMA7260Q có sơ đồ khối tổng quát nhƣ hình dƣới.

13


Hình 2.2 - Sơ đồ khối của MMA7260
2.5.4 Cấu tạo bên ngoài
- MMA7260Q có cấu trúc vỏ dạng linh kiện dán, kiểu QFN-các chân bọc chì
nằm sâu bên trong so với bìa vỏ. Sơ đồ chân kết nối của nó đƣợc mô tả nhƣ hình dƣới.

Hình 2.3 - Sơ đồ chân MMA7260Q nhìn từ phía trên

14


-

Tên và chức năng chính của từng chân.
Thứ
tự
1

-

Mô tả

Tên

Logic ngõ vào để chọn lựa gia tốc trọng
trƣờng
2
Logic ngõ vào để chọn lựa gia tốc trọng
trƣờng
3
Chân cấp nguồn dƣơng
4
Chân cấp nguồn âm
5-7
Không dùng
8-11
Không dùng

Logic ngõ vào cho phép hoạt động hoặc chế
12 Sleep mode
độ nghỉ.
13
Zout
Hƣớng điện áp ra tƣơng ứng chiều Z
14
Yout
Hƣớng điện áp ra tƣơng ứng chiều Y
15
Xout
Hƣớng điện áp ra tƣơng ứng chiều X
16
N/C
Không dùng
Bảng 1.1 – chức năng các chân
Bản vẽ chi tiết cấu trúc bề mặt chân đế của MMA7260Q
gselect1
gselect2
VDD
VSS
N/C
N/C

(Đơn vị : mm)
Hình 2.4 - Bề mặt chân đế
Bề mặt của chân đế hàn lên bo mạch in là một phần quan trọng trong toàn bộ
thiết kế. Vùng tiếp xúc giữa các chân của cảm biến và vị trí phân vùng chân của nó
trên bo mạch phải đƣợc hiệu chỉnh chính xác nhằm đảm bảo tốt mối liên kết giữa bo
mạch và cảm biến.

15


Với việc thiết kế đúng chuẩn này thì từng khối chân trên cảm biến và trên bo
mạch sẽ tự sắp xếp thẳng hàng khi ta hàn. Và điều này luôn đƣợc khuyến cáo khi thiết
kế các bo mạch giấu lớp chân hàn, tránh sự nối và ngắn mạch giữa các chân hàn.
- Kích thƣớc các khối.

Hình 2.5 - Các hình chiếu của cảm biến.

Hình 1.6 – Bản vẽ mặt cắt chi tiết
2.5.5 Nguyên lý hoạt động.
Về cơ bản cảm biến là một bề mặt vi cơ tổ hợp và mạch gia tốc kế.
Cơ cấu quan trọng trong cảm biến là khối G-Cell, g-cell là một cấu trúc cơ khí
đƣợc làm bằng vật liệu bán dẫn(polysilicon) thông qua các quá trình xử lý bằng công
nghệ bán dẫn( che phủ-masking và ăn mòn-etching). Nó đƣợc bố trí thành một hệ
thống các bản cực nhƣ hình vẽ bên dƣới.

Hình 1.7 - Mô hình vật lý bộ biến đổi gia tốc
16


Trong đó hai bản cực ở hai bên là cố định, bản cực ở giữa là di động, nó có thể di
chuyển đƣợc về hai phía. Vị trí của bản cực ở giữa có thể bị làm lệch đi bởi gia tốc
chuyển động của vật. Khi trọng tâm của vật di chuyển, khoảng cách giũa bản cực giữa
với bản cực bên này sẽ tăng đúng bằng một lƣợng giảm khoảng cách giữa nó với bản
cực bên kia. Sự thay đổi khoảng cách này dùng để đo gia tốc của vật.
G-cell có cấu trúc hai tụ back-to-back nhƣ hình trên. Nhƣ vậy khi trọng tâm vật
chuyển động có gia tốc, khoảng cách giửa các bản tụ thay đổi cũng sẽ làm cho giá trị

điện dung của chúng thay đổi một lƣợng là C = Aε/D. Trong đó A là diện tích bản cực,
D là khoảng cách giữa hai bản cực, ε là hằng số điện môi.
Mạch tích hợp chuyên dụng( The ASIC ) dùng kỹ thuật tụ chuyển mạch đo sự khác
biệt giữa hai tụ và quy đổi thành giá trị gia tốc. Sau khi qua bộ chuẩn tín hiệu và lọc tín
hiệu(tụ chuyển mạch), cảm biến sẽ tạo ra một điện áp mức cao tƣơng ứng với gia tốc ở
ngõ ra của nó.
2.4.6 Những tính năng đặc biệt.
a) Tính năng lựa chọn độ nhạy.
Tính năng này cho phép lựa chọn 4 cấp độ nhạy hiện tại của cảm biến. Tùy
thuộc vào trạng thái của chân số 1 và 2, độ khuếch đại bên trong cảm biến sẽ thay
đổi cho phép nó thực hiện 4 chức năng tƣơng ứng với 4 độ nhạy 1.5g, 2g, 4g, 6g.
Đặc điểm này rất lý tƣởng khi mà một chƣơng trình ứng dụng đòi hỏi sự khác biệt
về độ nhạy để đạt hiệu suất tối ƣu. Độ nhạy này có thể thay đổi vào bất kỳ lúc nào
trong quá trình hoạt động.

Bảng 2.2 – Bảng lựa chọn độ nhạy
b) Chế độ nghỉ chờ-Sleep Mode.
Cảm biến gia tốc 3 trục hỗ trợ chức năng nghỉ chờ cho phép các ứng dụng tiết
kiệm năng lƣợng. Khi chân 12 đƣợc kéo xuống mức thấp, cảm biến sẽ chuyển sang
trạng thái nghỉ chờ, ở chế độ này, ngõ ra cảm biến sẽ đƣợc tắt giúp giảm đáng kể
dòng điện hoạt động (khoảng 3µA). Và để trở về trạng thái hoạt động bình thƣờng
chỉ cần kéo chân 12 lên mức cao trở lại.
c) Bộ lọc
3 trục ngõ ra của cảm biến gia tốc có chứa 3 bộ lọc tụ chuyển mạch đơn cực.
Bởi bộ lọc thực hiện phƣơng pháp tụ lọc chuyển mạch, ở đây không đòi hỏi những
thành phần bị động bên ngoài( trở và tụ ) dùng để cắt xén tần số.
d) Hệ số tuyến tính.
Hệ số tuyến tính hiểu đơn giản là độ lệch điện áp ngõ ra và độ nhạy sẽ tỉ lệ
tuyến tính với điện áp cung cấp, nghĩa là khi điện áp cung cấp tăng, ngõ ra và độ
nhạy cũng tăng tuyến tính theo, khi điện áp cung cấp giảm, ngõ ra và độ nhạy cũng

giảm tuyến tính theo. Đây là đặc tính mấu chốt để giao tiếp với vi điều khiển hay

17


bộ đọc ADC, bởi vì tính năng này cho phép ngƣời dung có thể lựa chọn điện áp
cung cấp phù hợp sao cho khả năng khử nhiễu trong quá trình đọc ADC là tốt nhất.
2.4.7 Kết nối cơ bản.
Sơ đồ kết nối giữa cảm biến MMA7260Q và vi điều khiển đƣợc thể hiện nhƣ
hình bên dƣới.

Hình 1.8 – Kết nối cảm biến và vi điều khiển
Những khuyến cáo từ nhà sản xuất khi kết nối thêm các linh kiện khác.
- Sử dụng tụ 0,1µF mắc giữa Vdd và Vss.
- Khoảng cách giữa cảm biến và vi điều khiển nên thiết kế nhỏ nhất có thể.
- Phần kim loại phía dƣới bụng cảm biến nên nối với mass.
- Sử dụng 1 bộ lọc RC với điện trở 1K và tụ 0,1µF ở ngõ ra để giảm thiểu đến
mức thấp nhất nhiễu xung đồng hồ (tham khảo từ mạch bộ lọc chống nhiễu
xung dùng tụ).
- Phần mạch nguồn dƣơng và âm không đƣợc gép đôi tránh nhiễu nguồn cung
cấp.
- Không dùng cảm biến và vi điều khiển để điều khiển dòng cao.
- Tần số lấy mẫu của bộ A/D và tần số hoạt động của bộ nguồn nên chọn sao
cho không làm nhiễu tần số lấy mẫu của cảm biến (11KHz).

Hình 2.9 - Khuyến cáo kết nối cảm biến với các linh kiện khác
18


2.4.8 Những thông số hoạt động của cảm biến.

a) Các giá trị định mức.
Các giá trị định mức là những giới hạn mà thiết bị có thể làm việc ổn định và
không có sự cố xảy ra.
Bảng thông số các giá trị định mức.
Giới hạn
Kí hiệu
Giá trị
Đơn
vị
Gia tốc lớn nhất ( trên tất cả các
gmax
± 2000
g
trục)
Nguồn cung cấp
VDD
-0.3 đến
V
+3.6
Độ cao cảm biến rớt
Ddrop
1.8
m
Khoảng nhiệt độ làm việc
Tstg
-40 đến +150
°C
Bảng 1.3 – Bảng thông số giá trị định mức
b) Bảng thông số hoạt động
Với khoảng làm việc của cảm biến : 20°C< TA< 85°C, 2.2V< VDD< 3.6V, gia

tốc= 0g. Ta có bảng thông số sau.
Thông số
Kí hiệu
Min
Typ
Max
Đơn vị
Khoảng hoạt động
-Nguồn cung cấp
VDD
2.2
3.3
3.6
V
-Dòng cung cấp
IDD
−
500
800
µA
-Dòng cung cấp ở chế độ nghỉ
IDD
−
3
10
µA
chờ
TA
-20
−

+85
°C
-Khoảng nhiệt độ hoạt động
-Giới hạn gia tốc trục X, Y, Z
−
± 1.5
−
g
gFS
g-select 1 và 2: 00
−
± 2.0
−
g
gFS
g-select 1 và 2: 10
−
± 4.0
−
g
gFS
g-select 1 và 2: 01
−
± 6.0
−
g
gFS
g-select 1 và 2: 11
Tín hiệu ngõ ra
-Zero g(TA=250C, VDD=3.3V)

-Zero g
-Độ
nhạy(TA=250C,
VDD=3.3V)
1.5g
2.0g
4.0g
6.0g
-Độ nhạy
-Dải tần đáp ứng
XY
Z
Nhiễu
-RMS(0.1Hz – 1 kHz)

VOFF
VOFF, TA

1.485
−

1.65
±2

1.815
−

V
mg/0C

S1.5g
S2.0g
S4.0g
S6.0g
S, TA

740
555
277.5
185
−

800
600
300
200
±0.03

860
645
322.5
215
−

mV/g
mV/g
mV/g
mV/g
%/0C

f-3dB
f-3dB

−
−

350
150

−
−

Hz
Hz

−

4.7

−

mVrms

nRMS
19


-Mật độ phổ công suất
RMS(0.1Hz – 1 kHz)
Điều khiển nhịp

-Thời gian đáp ứng
-Thời gian tác động
-Tần số cộng hƣởng phần tử
cảm biến
XY
Z
-Tần số lấy mẫu nội
Đặc tính tầng ngõ ra
Dải
ngõ
ra
thực
sự(IOUT=30µA)

nPSD

−

350

−

µg/√Hz

tRESPONSE
tENABLE

−
−

1.0
0.5

2.0
2.0

ms
ms

fGCELL
fGCELL
fCLK

−
−
−

6.0
3.4
11

−
−
−

kHz
kHz
kHz

VFSO

VSS+0.25

−

VDD-0.25

V

Độ phi tuyến, XOUT, YOUT, NLOUT
-1.0
−
ZOUT
Độ nhạy trục ngang
VXY,XZ,YZ
−
−
Bảng 2.4 – Bảng thông số hoạt động

+1.0
5.0

%

c) Trạng thái của gia tốc.
Trạng thái động.
Mũi tên chỉ hƣớng di chuyển của cảm biến.

Hình 2.10 - Định hƣớng các trục tọa độ

20


Trạng thái tĩnh.

Hình 2.11 – Trạng thái gia tốc tĩnh và các giá trị điện áp ngõ ra
2.4.9 Thiết kế mạch ứng dụng
a) Khối nguồn.
Khối nguồn cần linh động, nhỏ gọn và cung cấp một nguồn ổn định. Do đó khối
nguồn đƣợc thiết kế gồm phần lớn các linh kiện dán, nguồn nuôi là pin polime 12V.
Sơ đồ nguyên lý.
POWER SUPPLY
SW2

3

4

+3V3
U3
3

1
2

470uF/16V
+
switch 6 chan

POWER 9V

D2
DIODE

C12
104

C8

U4 LD1117/33A

LD1117/50A

VIN

VOUT
PAD

2
4
C11
100n

3
C9

+

47uF/6.3V

VIN

10uF/16V
C14
C15
104

GND

5

VOUT
PAD

2
4
C13
100n

+ C10
47uF/6V3

PWR LED1

1

2

GND

6

1

J4

5V

1

R6
390

Hình 2.10 – Sơ đồ nguyên lý khối nguồn.
Nhiệm vụ của khối nguồn là tạo điện áp chuẩn 5V cung cấp cho khối Atmega8,
module HM-TR và điện áp 3.3V cho cảm biến gia tốc MMA7260Q.
Để tạo điên áp 5V và 3.3V ta dùng IC LD1117/50A và IC LD1117/33A, là loại
IC ổn áp xung với các đặc tính kỹ thuật sau.
21


Đặc tính kỹ thuật của LD1117/50A
Khoảng điện áp vào : +6.5V < VIN < 15V
Điện áp vào 8V thì cho khoảng điện áp ra 4.90V – 5.10V
Dòng ngõ ra (VIN=10V, TJ=250C ) : IOUT = 950 mA
Dòng tĩnh ngõ ra : IOUT=10mA
Độ sụt áp ra : ∆V=1% ở dòng danh định 1A
Kiểu chân : SOT-223
Đặc tính kỹ thuật của LD1117/33A
Khoảng điện áp vào : +4.75V < VIN < 15V

Điện áp vào 5V thì cho khoảng điện áp ra 3.234V – 3.367V
Dòng ngõ ra (VIN=8.3V, TJ=250C ) : IOUT = 950 mA
Dòng tĩnh ngõ ra : IOUT=10mA
Độ sụt áp ra : ∆V=1% ở dòng danh định 1A
Kiểu chân : SOT-223
Hình dáng và sơ đồ nguyên lý điện áp ra.
Hình dáng 2 IC này là tƣơng tự nhau.

Hình 2.11 - Hình dáng của LD1117/50A và LD1117/33A

Hình 2.13 – Sơ đồ nguyên lý điện áp ngõ ra của LD1117/50A, 33A
b) Khối vi điều khiển
Sử dụng vi điều khiển Atmega8, kiểu chân dán. thạch anh nội 8MHz và một nút
nhấn Reset cơ khí. Trong đề tài này điện áp tham chiếu dùng cho ADC là điện áp tham
chiếu nội = 2.56V, nên chân AREF có tụ không phân cực cách ly với mass, chân
AVCC đƣợc đƣa lên nguồn dƣơng thông qua cuộn dây.
22


2

PD2
PD1
PD0
PC6
PC5
PC4
PC3
PC2

4
6
18

1

32
31
30
29
28
27
26
25

U1

VCC
VCC
AVCC

(INT0)
(TXD)
(RXD)
(RESET)
(ADC5/SCL)
(ADC4/SDA)
(ADC3)
(ADC2)

L1
47uH

C2

C3
104

20
RF

1
2
7
8

AREF

(ADC1) PC1
(ADC0) PC0
ADC7
ADC6
(SCK) PB5

24
23
22
19
17

NUT NHAN

Y axis
Xaxis

5V

SCK
R5
47K

(INT1) PD3
(XCK/T0) PD4
(XTAL1/TOSC1) PB6
(XTAL2/TOSC2) PB7

(T1) PD5
(AIN0) PD6
(AIN1) PD7
(ICP1) PB0
(OC1A) PB1
(SS/OC1B) PB2
(MOSI/OC2) PB3
(MISO) PB4

104

Zaxis

DRX

DTX
RESET

MCU

ATMEGA8 SMD

GND
GND
GND

D1
1N4148

5
3
21

C7
100n

SW1
RESET

9
10
11
12
13
14

MOSI 15
MISO 16

5V

Hình 2.14 – Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển.
c) Khối cảm biến gia tốc MMA7260Q.
Theo trình bày từ chƣơng 1 về cảm biến gia tốc, dựa theo những khuyến cáo từ
nhà sản xuất, ta có sơ đồ thiết kế khối cảm biến gia tốc nhƣ sau.

ACCELEROMETER
JP1

MMA7260Q

3
Sleep Mode
g-Select2
g-Select1
Zout
Y out
Xout

3

1

3
JP2

2

VDD

NC
NC
NC
NC
NC
NC
NC
NC

VSS
G

5
6
7
8
9
10
11
16

1

R1 33K

12

2
1

Zaxis

13
14
15

R2

1K

R3

1K

R4

1K

Y axis
Xaxis
C4

C5

104 104

4

G

U2

C1
104

2

+3V3

+3V3

C6
104

Hình 2.15 – Sơ đồ khối cảm biến
Với JP1 và JP2 là các chân Jump nhằm chọn các chế độ 1.5g, 2g, 4g, 6g cho cảm
biến.
i.
Khối giao tiếp SPI và HM-TR module truyền.
Khối SPI dùng để giao tiếp với thiết bị khác nhƣ mạch nạp USB-AVR910, mục
đích là nạp chƣơng trình cho Atmega8 trên board.
Khối giao tiếp card RF HM-TR dùng để kết nối mạch với bộ thu phát HM-TR .
Sơ đồ nguyên lý 2 khối này.

23