本发明涉及一种三维加速度测量装置及方法，属于运动学、力学、电子学的测量技术领域。
背景技术：
将加速度传感器应用于体育运动之中，可以用于获取运动员的速度和力量等信息，可以对运动员的反应能力和加速度进行测定，对运动员的训练有很大的帮助作用。
以前对运动员反应能力的测定,大多是通过简单的对声光反应时间的测定方法，或者是通过计算机模拟测定的方法对运动员进行反应能力的测试。但是这些测试方法受外界环境和人的主观心理因素的影响较大，误差较大,不能准确客观地反映运动员在运动中的神经反应的能力。
本三维加速度测量装置及方法，可通过对运动员听到发令后的运动加速度的测量，掌握每一个运动员的神经和运动反应的情况。本发明采用了较先进的三维加速度传感器，结合声音检测和单片机控制系统，不但可以在运动场上直接、精确地测定运动员的反应和加速度，而且还可以对加速度进行分析和综合，能促进运动员加速度的研究以及提高运动员的训练水平，为运动员的选材和训练提供科学的参考依据。同时本发明也适用于力学、电子学等课程的测量领域。
技术实现要素：
本发明针对现有测量装置器的不足，提出结合了液晶显示屏、三维加速度传感器和单片机控制电路的一种三维加速度测量装置及方法，sd卡的三维加速度运动测量装置由加速度测量电路盒和弹性固定扣环构成，加速度测量电路盒上具有电源按钮、选择按钮、两个显示按钮、sd卡存储口和液晶屏，加速度测量电路盒内具有三维加速度传感器、声音检测电路和单片机控制电路。测量装置体积小、重量轻，可以长时间采集三维加速度数据。
测量装置的单片机控制电路所采用的单片机芯片为ti公司为便携设备开发的16位msp430f2274，msp430f2274单片机内部集成32k字节片内flash程序存储器和1k字节数据ram。8通道10位逐次逼近型a/d转换器、硬件乘法器、1路精确模拟比较器、片内看门狗定时器、3路具有硬件捕获/比较和pwm输出功能的16位定时器、2路通用串行通讯接口和片内温度传感器。同时芯片采用qfp64贴片封装，节省电路板面积。另外，它的时钟系统是专为电池供电系统而特别设计的，具有其灵活的时钟源(外部高速晶振、外部低速晶振、数字控制振荡器)、可选择的4种低功耗模式，可以使器件达到最低的功率消耗。而且，数字控制的振荡器(dco)可使器件从低功耗模式迅速唤醒，在少于1μs的时间内使处理器工作于激活状态。
本加速度测量装置的三维加速度传感器采用飞思卡尔半导体公司的mma7260，它是一款单芯片三维高灵敏度加速度传感器，基于表面微机械结构，集成信号调理电路、单极点低通滤波器和温度补偿部分，并且具有4种不同的灵敏度选择模式。mma7260能在xyz三个轴向上以极高的灵敏度测量加速度的变化。它采用2.2～3.6v单电源供电，工作电流小于500μa(睡眠模式仅有3μa)，可测量0～350hz、-6g～+6g范围内动态或静态加速度。
测量装置通过单片机的a/d转换器，并配合sd卡存储数据和加速度传感器mma7260进行测量。测量装置整个系统由3v电池供电。如果a/d转换器采样频率达到1khz，在sd存储卡内部按照fat16存储格式创建windows操作系统可辨认的文本文档记录加速度数据，则256m存储卡就可连续存储12h的加速度数据。
本加速度测量装置采用以lm358芯片为主的声音检测电路，声音检测电路在没有检测到声音时，其输出端为高电平，当麦克风接收到一定强度的声音信号时，其输出端变为低电平，电路输出信号接到单片机。
声音检测电路用来检测发令枪等声音信号，作为对加速度传感器测量的起始。声音检测电路设计的重点是滤除噪音信号，当检测到发令枪枪声时产生一个脉冲信号，单片机识别后计数器开始计数。
弹性固定扣环采用金属片制成，以保证有较好的弹性，并由螺钉与电路盒固定，弹性固定扣环用于方便连接运动员臂带或腰带。
附图说明
图1是三维加速度测量装置，其中的1是液晶显示屏，2是加速度测量电路盒，3是液晶显示按钮，4是选择按钮，5是液晶电源按钮，6是sd卡存储口。
图2是三维加速度测量装置及方法侧面，其中的7是弹性固定扣环。
图3是信号处理电路。
图4是sd卡接口电路。
具体实施方式
在本加速度测量装置使用中，三维加速度传感器收到声音信号后，开始感应运动员的运动，并把运动的变化转换为电压的变化，再经测量电路放大、滤波和传感信号的调理，a/d模数转换器转换等，最后由单片机系统处理并对数据进行存储和显示。三维方向加速度信息获取和处理电路主要利用单片机，通过它的捕获通道实现对运动员三维方向运动加速度的同时测量和获取。测量装置结构合理，稳定可靠，可以长时间采集数据，适合于对运动的加速度测量和大专院校的力学、电子技术等课程的教学测量。
声音检测电路的灵敏度可以进行调节，当环境噪声比较大时，应降低灵敏度，当环境噪声比较小时，可以提高灵敏度。
在本加速度测量装置中，使用a/d单元的3个模拟输入通道采集垂直、前后、侧向3个方向的加速度电压信号。其中前后方向的加速度信号接入模拟输入通道a0，侧向的加速度信号接入模拟输入通道a1，垂直方向的加速度信号接入模拟输入通道a2，未使用的模拟输入通道都连接模拟地。使用电源电压作为a/d转换的参考电压。3个方向的数据转换采集的顺序为侧向、前后向和垂直向，每个通道转换结束后，会触发a/d中断，将a/d转换结果保存入缓存数组中。由于msp430f2274单片机的timera模块采用特殊的计数模式，所以定时准确，不存在由于计数器重装载初始值产生的时间误差。
同时在单片机1k字节的片内数据ram区为a/d采样程序分配了512字节作为保存采样数据的数据缓冲区，以配合数据存入sd卡的操作过程。为了完成单片机与sd卡的通信过程，需要将单片机集成的通用串行通信接口(usci)单元配置为spi工作模式。
本加速度测量装置采用sandisk公司生产的sd卡，sd卡工作在spi模式，其spi接口利用sd卡的cs、sclk、datain、dataout与msp430f2274进行通信，其中datain和dataout是数据的输入和输出信号线，cs是sd片的片选信号线,在整个spi操作过程中，cs必须保持低电平有效，sclk是外部控制器提供的时钟信号。