基于MEMS加速度計的GPS終端系統(tǒng)設(shè)計

　　MEMS加速度計的中斷輸出引腳，用于連接系統(tǒng)MCU的中斷輸入。加速度計可在后臺偵測加速度或動作，系統(tǒng)CPU保持在省電的睡眠模式，當(dāng)加速度計偵測到中斷事件時，微處理器從睡眠模式被喚醒，查看陔中斷是否須處理，并作出進一步的處理。

　　2.3 軟件設(shè)計

　　根據(jù)系統(tǒng)整機功耗設(shè)計，主要是以MEMS加速度計作為運動開關(guān)喚醒系統(tǒng)CPU，合理地配置GPS、GSM各模塊的工作、睡眠、待機模式，盡量減少其工作耗電時間。為了避免誤檢，防止傳感器不必要地開啟系統(tǒng)從而縮短電池壽命，當(dāng)MEMS加速度計檢測到運動并產(chǎn)生喚醒CPU中斷后，CPU可以進一步查詢MEMS加速度值，進行確認(rèn)，達到“雙保險”。整個軟件流程圖如圖5所示。

　　3 實驗與分析

　　3.1 目標(biāo)體運動檢測

　　對于MEMS加速度計設(shè)計，最主要的一點是運動判據(jù)的確定，人體運動與車輛運動不一樣，人體行走與奔跑不一樣，反映在加速度的變化上也不一樣，有些幅度大，有些幅度小;另外加速度計的放置也有關(guān)系，會影響到三個坐標(biāo)的值?；诒姸嘁蛩氐目紤]，需要大量實驗來確定，尤其是閾值問題。不過好在本系統(tǒng)不需要精密地、定量地檢測目標(biāo)體的振動量，只需要分清靜止?fàn)顟B(tài)和運動狀態(tài)，找出一個合適的閾值，給出運動與靜止的界限。

　　圖6是一個典型的目標(biāo)體靜止?fàn)顟B(tài)和運動狀態(tài)下各軸加速度檢測值圖。圖中前半部分與后半部分裝置放置方向不同，前半部分裝置Z軸與加速度芯片Z軸一致朝下，后半部分X軸朝下。從圖和數(shù)據(jù)可以看出閾值大約為0.4 m/s2，超過這個值就可認(rèn)力運動了。

　　為了更清晰明了地表示加速度值，可以對所采的三軸加速度值進行適當(dāng)?shù)臄?shù)值處理能得到比較清楚的數(shù)據(jù)和圖形，并可方便地看出閾值，如圖7所示。從圖中更清楚地看出閾值為0.4 m/s2。

　　閾值的選取需要結(jié)合具體的應(yīng)用場景，多次實驗，找出最合適的量，以避免誤報(多報或者缺報)的情況。

　　3.2 整機待機情況

　　本機采用鋰電池供電，工作電壓為3.3～4.2 V，結(jié)構(gòu)所允許范圍內(nèi)電池容量為1500 mAh，GPS定位模塊的工作功耗為60mA(4 V)，GSM發(fā)射狀態(tài)時功耗約為150～200 mA(4 V)，在沒有采用MEMS加速度計省電設(shè)計時，大約工作6個多小時。采用MEMS加速度計低功耗設(shè)計，可以明顯節(jié)電，只有目標(biāo)體運動時消耗大電流;經(jīng)過實際應(yīng)用場景測試，待機時間遠(yuǎn)超過6小時，按每天目標(biāo)體運動2小時的場景，可待機3～4天;結(jié)合其他的省電方案，如長時間間隔數(shù)據(jù)傳輸，還可以待機更長時間，這樣即可達到實際運用的要求。

　　結(jié)語

　　本文采用MEMS加速度計作為運動檢測開關(guān)，辨別便攜式GPS定位終端所在目標(biāo)體的動靜狀態(tài)，并由此決定是否喚醒系統(tǒng)CPU工作，合理配置GPS、GSM各功耗較大模塊的工作時間，達到整個系統(tǒng)低功耗，延長鋰電池供電待機時長，可以實際應(yīng)用。