基于加速度傳感器MMA7260QT的自動搖籃的設(shè)計

引言

　　照顧小寶寶是非常勞累的事情，因為他們醒來和睡覺都比較頻繁，加之喂食換衣服等活動，會占用大人大量的時間和精力。搖籃的誕生在很大程度上減輕了大人的負(fù)擔(dān)，但仍有很多不盡如人意的地方。利用動作（加速度）傳感器和功能豐富的單片機，則可以設(shè)計出一種相對智能化的搖籃。

背景

　　現(xiàn)在市面上的電動搖籃僅有簡單的定時功能，因此不能針對嬰兒的活動發(fā)生動作，若搖籃一直搖動，對嬰兒的安撫作用就會降低。采用聲音觸發(fā)的自動搖籃，缺點是嬰兒先是活動，得不到安撫則會哭鬧，搖籃才會啟動進(jìn)行安撫；另外如果因為別的原因哭鬧，搖籃則不能起到安撫作用。所以根據(jù)嬰兒的活動來啟動搖籃是比較妥當(dāng)?shù)目刂品绞?。飛思卡爾的加速度傳感器性能優(yōu)秀，成本較低，適合這樣的應(yīng)用。

自動搖籃的原理

　　本系統(tǒng)采用飛思卡爾MC9S08QG8單片機作為控制器，使用飛思卡爾加速度傳感器MMA7260QT判斷嬰兒的活動情況，同時用麥克風(fēng)檢測嬰兒哭鬧的聲音作為輔助判斷，然后根據(jù)設(shè)置啟動搖籃搖動。人機界面由鍵盤和點陣液晶顯示器組成。

　　測量運動的方法
　　加速度傳感器測量運動和動作有很多算法，本系統(tǒng)中由于搖籃的活動方向是二維的，而且主要是其中的一維（所以采用一維加速度傳感器也可以），運動情況單一，場合也不復(fù)雜，所以采用簡單的閾值判斷的方法即可實現(xiàn)。閾值代表著靈敏度，可由用戶根據(jù)實際情況選擇。

　　觸摸按鍵的實現(xiàn)
　　觸摸按鍵是近年比較流行的技術(shù)，由于MC9S08QG8單片機有很低的端口漏電流和強大的鍵盤中斷功能，所以不需增加其它有源器件即可實現(xiàn)。而且本系統(tǒng)使用兩個端口即可提供三個按鍵的功能。

　　使用PCB焊盤作為觸摸按鍵，和地之間構(gòu)成一個小電容C1（沒有手指觸摸時），按鍵通過大阻值電阻R1接地。單片機端口平時輸出高電平，檢測按鍵時則為鍵盤中斷，隨著C1上的電荷通過R1流失，電平逐漸降低直至引起鍵盤中斷，從開始檢測到引起鍵盤中斷的時間為T1，當(dāng)有手指觸摸時相當(dāng)于在C1上并了一個電容，因此電容值變成C2，則從開始檢測到引起鍵盤中斷的時間為T2，通過檢測T1、T2的差別即可判斷按鍵按下，如圖1。

　　假設(shè)按鍵1的電容為C1，按鍵2的電容為C2，則如果C1增加C2不變，則按鍵1按下，如果C2增加C1不變，則按鍵2按下，如果C1、C2都增加相似的數(shù)值，則可判斷為按鍵3按下。PCB上按鍵3位于按鍵1和按鍵2之間。這樣就實現(xiàn)了兩個端口判斷三個按鍵的功能。

　　PWM脈寬調(diào)制驅(qū)動電機
　　使用脈寬調(diào)制（PWM）的方式驅(qū)動電機來實現(xiàn)調(diào)速，可以給用戶選擇3檔搖動速度，也可以實現(xiàn)軟啟動和軟停止。

　　液晶顯示
　　使用3V串口液晶顯示模塊，用單片機SPI口驅(qū)動，實現(xiàn)簡潔高效的顯示界面。

系統(tǒng)概述

　　系統(tǒng)特性
　　A.使用飛思卡爾MC9S08QG8單片機作為控制器，集成度高，性價比好。

　　B.使用飛思卡爾MMA7260QT加速度傳感器感知動作，性能先進(jìn)，穩(wěn)定。

　　C.良好的人機界面包括了點陣液晶顯示器和簡潔的菜單系統(tǒng)。

　　D.使用單片機端口低漏電流的特性和鍵盤中斷功能實現(xiàn)流行的觸摸按鍵技術(shù)。

　　E.使用單片機PWM功能實現(xiàn)搖籃速度可調(diào)，軟啟動和軟停止。

　　F.可控音量的音樂播放功能。

系統(tǒng)概述

　　基于MMA7260QT加速度傳感器的自動搖籃控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2。

　　嬰兒睡著時，搖籃不動，加速度傳感器的輸出穩(wěn)定，單片機采樣得到的數(shù)值作為零值。當(dāng)嬰兒有動作引起搖籃晃動，單片機采樣得到的數(shù)值發(fā)生變化，變化大于設(shè)定的閾值時，PWM引腳輸出驅(qū)動電機動作。

　　麥克風(fēng)作為可選的輔助判斷依據(jù)也輸入單片機。

　　音樂播放作為可選的輔助安撫手段。

系統(tǒng)硬件

　　電路框圖如圖3所示。

　　飛思卡爾MC9S08QG8單片機
　　本系統(tǒng)使用MC9S08QG8作為核心控制器，其高度集成的功能和靈活的端口控制大大簡化了系統(tǒng)設(shè)計和成本，本系統(tǒng)主要用到了以下功能：

　　·高速CPU和大容量的Flash和RAM存儲器
　　·內(nèi)置的精確時鐘
　　·2通道10位AD轉(zhuǎn)換器
　　·2個鍵盤中斷輸入端口
　　·PWM輸出功能
　　·高速SPI接口