MEMS加速度计ADXL345原理与运动检测¶
难度：🟢 初级 | 领域：惯性传感 | 关键词：ADXL345, MEMS, Activity, Free-Fall | 阅读时间：约 15 分钟
日常类比¶
电梯里：静止时脚底主要是重力（静态加速度）；启动上升时多一股推力（动态加速度）。MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）加速度计像指甲盖上的微型弹簧秤：质量块位移改变梳齿电容，芯片把它变成数字 g 值[1][5]。
摘要¶
介绍电容式 MEMS 结构、ADXL345 量程/接口/片上活动检测，以及倾斜与简易计步思路。噪声、功耗与灵敏度以 ADI 数据手册为准[1]。
1. 原理与器件¶
| 概念 | 说明 |
|---|---|
| 静态 g | 重力投影，可测倾角 |
| 动态 g | 运动加速度 |
| 结构 | 质量块 + 弹性梁 + 差分电容 |
| ADXL345 要点 | 典型印象（查手册确认） |
|---|---|
| 分辨率 | 最高约 13 位档 |
| 量程 | ±2/±4/±8/±16 g 可选 |
| 接口 | SPI 或 I2C |
| 特色 | Activity / Inactivity / Free-Fall / Tap 等片上检测 |
片上检测可让 MCU 睡，中断醒来——低功耗运动节点常用[1]。
2. 配置与应用¶
| 寄存器组 | 作用 |
|---|---|
| DATA_FORMAT | 量程、分辨率、自测 |
| BW_RATE | 输出速率与功耗折中 |
| POWER_CTL | 测量模式 |
| INT 相关 | 映射活动/自由落体等到 INT1/2 |
| 应用 | 做法倾向 |
|---|---|
| 倾角 | 低通重力分量 + atan2 |
| 计步 | 阈值带通 + 阈值 |
| 资产震动 | 活动阈值中断 |
| 跌落 | Free-Fall 阈值 |
对比选型时常看 LIS3DH、BMA400 等：更低功耗或不同封装——按指标表评，不唯品牌[2][4]。
3. 局限、挑战与可改进方向¶
1. 噪声与振动混淆¶
局限：车辆/风扇振动触发误活动中断。 改进：调阈值与持续时间；机械减振；融合陀螺。
2. 偏移与温度¶
局限：零偏随温度变，倾角慢漂。 改进：上电校准；温度补偿；选更低漂移器件。
3. 带宽不足测冲击¶
局限：采样/内部滤波限制高冲击保真。 改进：提高速率；冲击场景选专用高 g 传感器。
4. 老型号供货与功耗¶
局限：ADXL345 非最低功耗首选。 改进：新设计评估 BMA400 等超低功耗方案。
4. 实践要点¶
- 先读 WHO_AM_I/器件 ID，再配量程。
- 安装方向与坐标定义写进固件文档。
- 工艺背景见
mems-fabrication-process-survey。
参考文献¶
[1] Analog Devices, ADXL345 datasheet. [2] ST, LIS3DH datasheet. [3] NXP, MMA8452Q datasheet. [4] Bosch, BMA400 datasheet. [5] MEMS capacitive accelerometer review papers. [6] SparkFun ADXL345 hookup guide. [7] Pedometer algorithm surveys for wearables. [8] Tilt sensing using accelerometers application notes. [9] I2C/SPI best practices for IMU modules. [10] Free-fall detection application notes. [11] Sensor fusion intro (accel + gyro) overviews.