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Freescale ZSTAR3: il sistema di riferimento wireless per accelerometri a 3 assi

zstar300.jpg

ZSTAR3 di Freescale è un sistema progettato per dimostrare e fornire supporto allo sviluppo di applicazioni basate sull’utilizzo multiplo di accelerometri a 3 assi. ZSTAR3 rappresenta la naturale evoluzione del modello precedente (lo ZSTAR), arricchito ed esteso attraverso l’utilizzo dell’accelerometro digitale MMA7660FC.

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Il sistema è essenzialmente composto da diverse board con acceleromentri in grado di comunicare con un singolo nodo USB attraverso un link wireless di tipo ZigBee a 2.4 GHz. Il nodo USB può poi essere connesso a un qualsiasi PC equipaggiato con un’applicazione software dedicata, in grado di gestire numerosi nodi.

L’immagine seguente mostra i due componenti basilari della famiglia ZSTAR3: sulla sinistra è visibile una demo board equipaggiata con un accelerometro tri-assiale, mentre sulla destra si trova lo stick USB che va connesso al PC:

zstar freescale wireless accelerometri

I componenti principali del sistema ZSTAR3 sono i seguenti:

  • schede con accelerometro, sia di tipo digitale che analogico: nel primo caso l’accelerazione viene misurata sui tre assi e resa disponibile all’esterno in formato digitale su n-bit, mentre nel secondo caso viene utilizzato un sensore di tipo analogico. Le schede con accelerometri digitali sono basati sugli accelerometri digitali a 3 assi di tipo MMA7660FC o MMA7455L, mentre quelle analogiche sono basate sull’accelerometro analogico a 3 assi di tipo MMA7361L. Questi sensori sono caratterizzati da dimensioni estremamente ridotte, elevata sensibilità, range di accelerazione g selezionabile per diversi tipi di applicazioni, rapido tempo di risposta al power-up. Il consumo è molto ridotto, per cui le schede vengono alimentate direttamente da una batteria a 3V di tipo CR2032 (dimensioni pari a quelle di una monetina)
  • un transceiver/modem a 2.4 GHZ di bassa potenza (MC1321x), compatibile con le specifiche ZigBee (IEEE 802.15.4), dotato di un microcontrollore S08 integrato sullo stesso package. Questa soluzione è in grado di garantire delle dimensioni ridotte del PCB, e riduce anche la necessità di componenti esterni. Il transceiver/modem dispone inoltre di 16 canali selezionabili, potenza di uscita programmabile, e tensione operativa compresa tra 2V e 3.4V con regolatori di tensioni integrati sullo stesso chip
  • microcontrollore ad 8-bit MC68HC908JW32 con USB 2.0 full-speed. Questa architettura è disponibile con un’ampia gamma di tagli di memoria, package, e periferiche. Inoltre, dei vantaggi addizionali sono possibili tramite l’elevato grado di ottimizzazione del codice fornito dal compilatore C

L’intero sistema può essere alimentato direttamente da batterie, dal momento che le operazioni coinvolte implicano basse potenze e basse correnti.
La design demo board ZSTAR3 costituisce un valido strumento per valutare diversi tipi di accelerometri, che possono essere utilizzati in numerose applicazioni target quali ad esempio:

  • telefonia mobile
  • dispositivi palmari per videogiochi
  • lettori multimediali portatili
  • lettori MP3
  • PDA
  • periferiche per personal computer
  • sistemi di navigazione GPS
  • sistemi di controllo remoto

Gli schemi a blocchi relativi alle schede accelerometro e allo stick USB sono visibili nella seguente figura:

schemi a blocchi relativi alle schede accelerometro e allo stick USB

L’accelerometro digitale MMA7660FC è caratterizzato dalle seguenti proprietà:

  • accelerometro digitale a 3 assi ±1.5g con output digitale (interfaccia I2C), con risoluzione su 6-bit
  • package DFN ridotto e a basso profile (3mm x 3mm x 0.9mm)
  • consumo di corrente ridotto:
    • in modalità Off: 0.4 μA
    • in modalità Standby: 2 μA
    • in modalità Active: 47 μA ad un campione per secondo
    • output data rate configurabile da 1 a 120 campioni per secondo
  • possibilità di configurare il rilevamento dell’orientamento per la funzionalità portrait/landscape
  • sei diversi tipi di orientamento: sinistra, destra, alto, basso, dietro e avanti
  • rilevamento dei movimenti, inclusi lo shake ed il tap
  • basse tensioni operative:
    • tensione analogica: 2.4V – 3.6V
    • tensione digitale: 1.71V – 3.6V
  • funzione di Auto-Wake/Sleep per il risparmio energetico
  • design robusto in grado di sopportare elevate sollecitazioni e vibrazioni (10000 g)
  • dispositivo a basso costo

Le tipiche applicazioni dell’accelerometro MMA7660FC includono:

  • cellulari/PMP/PDA: rilevamento dell’orientamento (Portrait/Landscape)
  • stabilità dell’immagine, scorrimento del testo, aggancio di funzioni agli eventi di shake e tap
  • antifurto per PC portatili
  • console per videogioco: rilevamento del movimento, funzione di Auto-Wake/Sleep per il risparmio energetico
  • fotocamere e videocamere digitali: controllo della stabilità dell’immagine

L’accelerometro digitale MMA7660FC è tutto costruito in tecnologia MEMS. Più precisamente, si tratta di un sensore MEMS di tipo capacitivo, dal momento che esso internamente è composto da un sensore g-cell capacitivo e da un ASIC con funzioni di signal conditioning, entrambi integrati sullo stesso chip. Il controllore ASIC ha il compito di misurare la capacità della g-cell, e derivare il valore di accelerazione dalla differenza tra due valori di capacità. Funzionalià aggiuntive rese disponibili dall’ASIC includono il signal conditioning, il filtraggio dei dati, e la conversione del valore di accelerazione in formato digitale, proporzionale all’accelerazione stessa. L’utente può scegliere di abilitare oppure disabilitare uno qualnque dei sguenti interrupt: Front/Back Interrupt, Up/Down/Left/Right Interrupt, Tap Detection Interrupt, GINT (tracking del movimento in tempo reale), Shake sull’asse X, Shake sull’asse Y, e Shake sull’asse Z. Se un interrupt corrsipondente ad uno qualunque dei tre assi di shake viene abilitato, un movimento eccessivo (superiore ad un’accelerazione di 1.3g) causerà la generazione di un interrupt. L’MMA7660FC include anche una funzione di Tap Detection, utile per diverse applicazioni richieste dai clienti come ad esempio la sostituzione dei normali pulsanti su molti tipi di dispositivi. Per esempio, un tap singolo (piccolo colpo) potrebbe essere utilizzato per interrompere la riproduzione di un brano audio, mentre un tap doppio potrebbe essere utilizzato per avviare la riproduzione di un brano audio. Questa funzione viene scatenata da una rapida transizione che eccede per una specificata durata, una determinata soglia (con soglia e durata entrambe impostabili dall’utente). La funzione di shake può essere impiegata come sostituzione dei pulsanti per esegire azioni come lo scorrimento delle immagini o delle pagine web su un cellulare/PMP/PDA. Il cliente può abilitare l’interrupt shake su uno qualsiasi dei 3 assi. La seguente imagine mostra una dialog parte dell’applicazione di orientation demo eseguita sul PC a cui è connesso lo stick USB.

Per completare, le principali caratteristiche possedute dall’accelerometro digitale MMA7455L sono elencate di seguito:

  • output digitale (interfaccia I2C/SPI interface) per aumentare le prestazioni del sistema
  • package LGA a 14-pin di dimensioni ridotte e basso profile (3 mm x 5 mm x 1 mm)
  • XYZ: sensibilità sui tre assi (2g, 4g, 8g)
  • elevata sensibilità:
    • 64 LSB/g a 2g
    • 64 LSB/g a 8g in modalità 10-bit

Riferimenti

ZSTAR3

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ritratto di m.gervasi

valutazione

ciao sono un dottorando e mi occupo di valutazione funzionale dell'atleta o in generale dell'esercizio fisico, per tale motivo vorrei capire se questi accellerometri possono essere usati per la valutazione di movimenti specifici e se possono essere usati in maniera integrata per una ricostruzione virtuale del movimento umano, grazie mille in anticipo.
Marco

ritratto di Vicus

Secondo me si però hai

Secondo me si però hai bisogno di un ingegnere che progetti hardware e software.

ritratto di luca

Ciao, sono uno sviluppatore, vorrei sapere l'ordine di costo

Ciao,
sono uno sviluppatore, vorrei sapere l'ordine di costo per un sistema con 4 sensori e se esistono librerie software (.net, java, IOS) per interfacciare il sistema.

Grazie

 

 

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