基于MEMS加速度計(jì)的GPS終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　MEMS加速度計(jì)的中斷輸出引腳，用于連接系統(tǒng)MCU的中斷輸入。加速度計(jì)可在后臺(tái)偵測加速度或動(dòng)作，系統(tǒng)CPU保持在省電的睡眠模式，當(dāng)加速度計(jì)偵測到中斷事件時(shí)，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(jìn)一步的處理。

　　2.3 軟件設(shè)計(jì)

　　根據(jù)系統(tǒng)整機(jī)功耗設(shè)計(jì)，主要是以MEMS加速度計(jì)作為運(yùn)動(dòng)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(jī)模式，盡量減少其工作耗電時(shí)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(jì)檢測到運(yùn)動(dòng)并產(chǎn)生喚醒CPU中斷后，CPU可以進(jìn)一步查詢MEMS加速度值，進(jìn)行確認(rèn)，達(dá)到“雙保險(xiǎn)”。整個(gè)軟件流程圖如圖5所示。

　　3 實(shí)驗(yàn)與分析

　　3.1 目標(biāo)體運(yùn)動(dòng)檢測

　　對于MEMS加速度計(jì)設(shè)計(jì)，最主要的一點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)判據(jù)的確定，人體運(yùn)動(dòng)與車輛運(yùn)動(dòng)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(jì)的放置也有關(guān)系，會(huì)影響到三個(gè)坐標(biāo)的值。基于眾多因素的考慮，需要大量實(shí)驗(yàn)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(dòng)量，只需要分清靜止?fàn)顟B(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，找出一個(gè)合適的閾值，給出運(yùn)動(dòng)與靜止的界限。

　　圖6是一個(gè)典型的目標(biāo)體靜止?fàn)顟B(tài)和運(yùn)動(dòng)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(gè)值就可認(rèn)力運(yùn)動(dòng)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(jìn)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(shí)驗(yàn)，找出最合適的量，以避免誤報(bào)(多報(bào)或者缺報(bào))的情況。

　　3.2 整機(jī)待機(jī)情況

　　本機(jī)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(shí)功耗約為150～200 mA(4 V)，在沒有采用MEMS加速度計(jì)省電設(shè)計(jì)時(shí)，大約工作6個(gè)多小時(shí)。采用MEMS加速度計(jì)低功耗設(shè)計(jì)，可以明顯節(jié)電，只有目標(biāo)體運(yùn)動(dòng)時(shí)消耗大電流;經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用場景測試，待機(jī)時(shí)間遠(yuǎn)超過6小時(shí)，按每天目標(biāo)體運(yùn)動(dòng)2小時(shí)的場景，可待機(jī)3～4天;結(jié)合其他的省電方案，如長時(shí)間間隔數(shù)據(jù)傳輸，還可以待機(jī)更長時(shí)間，這樣即可達(dá)到實(shí)際運(yùn)用的要求。

　　結(jié)語

　　本文采用MEMS加速度計(jì)作為運(yùn)動(dòng)檢測開關(guān)，辨別便攜式GPS定位終端所在目標(biāo)體的動(dòng)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(shí)間，達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)低功耗，延長鋰電池供電待機(jī)時(shí)長，可以實(shí)際應(yīng)用。