三轴加速度传感器（MMA7260Q）
MEMS 电容式 · XYZ 三轴 · 可选量程 · 低重力检测
一、理论基础
1.1 器件概述
MMA7260Q 是飞思卡尔（Freescale）开发的基于**微机电系统（MEMS）**的三轴向低重力加速计，是一款单芯片设备，能在 XYZ 三个轴向上以极高的灵敏度读取低重力水平的坠落、倾斜、移动、放置、震动和摇摆变化。体型小巧、功耗低，且有可选量程，可广泛应用于各个领域。
1.2 工作原理
MMA7260Q 中采用电容式加速度传感器。由电容的物理特性，电容值的大小与电极板的面积大小成正比，与电极板的距离成反比。
g 感测单元就是利用电容的原理设计的：当有加速度时，敏感质量块发生位移，导致差分电容的电容值发生变化。g 感测单元将所侦测的加速度变化量的信号送往"电容到电压转换电路"，然后再送到积分放大滤波器进行处理，最后通过温度补偿处理后输出反映瞬时加速度的模拟电压。
1.3 关键特性
| 参数 | 规格 |
|---|---|
| 传感器类型 | MEMS 电容式加速度计 |
| 测量轴 | X、Y、Z 三轴 |
| 可选量程 | ±1.5g / ±2g / ±4g / ±6g |
| 灵敏度 | 800 mV/g（±1.5g 量程） |
| 供电电压 | 2.2 ~ 3.6 V |
| 功耗 | 低功耗模式 3μA，正常模式 500μA |
| 输出 | 三路模拟电压（X_OUT, Y_OUT, Z_OUT） |
| 封装 | QFN-16 小封装 |
1.4 量程选择
MMA7260Q 通过两个引脚（g-Select1, g-Select2）选择测量量程：
| g-Select1 | g-Select2 | 量程 | 灵敏度 |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | ±1.5g | 800 mV/g |
| 0 | 1 | ±2g | 600 mV/g |
| 1 | 0 | ±4g | 300 mV/g |
| 1 | 1 | ±6g | 200 mV/g |
1.5 典型应用
- 坠落检测（硬盘保护、设备防摔）
- 倾斜检测（屏幕旋转、水平仪）
- 运动检测（计步器、运动手环）
- 震动和摇摆检测（游戏控制器、玩具）
- 自由落体检测
- 导航与姿态检测（无人机、机器人）
- 汽车电子（碰撞检测、防盗）
二、实验实例：三轴加速度采集
2.1 实验目的
- 掌握三轴加速度传感器的工作原理
- 掌握三轴加速度传感器采集程序的编程方法
2.2 实验内容
在 IAR 集成开发环境中编写三轴加速度传感器采集程序，采集 X、Y、Z 三轴的加速度值并通过串口输出。
2.3 预备知识
- 了解 C 语言的基本知识
- 了解 IAR 中编写和调试程序的方法
- 了解 ADC 多通道采集和 MEMS 传感器原理
2.4 实验设备
- 硬件：WSN-V 教学实验箱（带传感器扩展板）、PC 机
- 软件：Windows + IAR EW for 8051、串口调试助手
2.5 接口电路
MMA7260Q 的 X_OUT、Y_OUT、Z_OUT 三路模拟输出分别连接 CC2530 的三个 ADC 通道，通过分时采集三路电压值计算各轴加速度。量程选择引脚接固定电平设定默认量程。
2.6 关键函数
uint16 ReadAdcValue(uint8 ChannelNum, uint8 DecimationRate, uint8 RefVoltage)：分时采集 X、Y、Z 三个 ADC 通道的电压值。
加速度换算：
加速度(g) = (ADC电压 - 零g偏置电压) / 灵敏度零 g 偏置电压通常为 VCC/2（约 1.65V），灵敏度由所选量程决定。
2.7 实验步骤
- 连接好仿真器及传感器扩展板
- 新建工程 Accel，添加相应文件并修改工程设置
- 创建 Accel.c 并加入到工程中
- 编写三轴加速度采集函数，分时采集 X、Y、Z 三路 ADC 值，换算为加速度后通过串口发送
- 编译下载运行，改变实验板的倾斜角度和运动状态，通过串口调试助手观察三轴加速度值的变化
2.8 实验现象
- 静止放置时，Z 轴加速度约为 +1g（重力加速度），X、Y 轴接近 0g
- 倾斜实验板时，X、Y 轴加速度随倾斜角度变化
- 上下移动或震动实验板时，Z 轴加速度发生明显变化
- 自由落体时，三轴加速度均接近 0g（失重状态）
知识点
MMA7260Q 是模拟输出的加速度计，需要外接 ADC 采集，精度受 ADC 分辨率影响。新一代加速度计（如 MPU6050、LIS3DH）多为数字输出（I²C/SPI 接口），内置 ADC 和寄存器，精度更高、使用更方便，还可集成陀螺仪（六轴）。加速度计的一个重要应用是倾斜角计算：通过 atan2(Ax, Az) 等公式可以计算设备相对于重力方向的倾斜角度。加速度计无法区分重力加速度和运动加速度，在运动状态下需要配合陀螺仪进行数据融合（如卡尔曼滤波、互补滤波）。
内容来源：《WSN-V 物联网综合教学实验指导书》第 7 章·7.7 三轴加速度实验，结合课程教学经验整理。