Microcontrolador Texas e acelerômetro

[Luizf]

Muito boa noite, pessoal!

Por acaso, alguém conhece algum AN da Texas, ou outra, usando microcontrolador e acelerômetro para medida de aceleração de choque ou impacto de um móvel sobre um anteparo fixo?

Att,

Luiz.

[Marcelo Del Fiore]

A Freescale tem bastante informação sobre acelerômetros @ http://www.freescale.com/webapp/sps/site/overview.jsp?code=DRSNSAXLRTN com aplicações e exemplos de SW. Já usei várias vezes para desenvolver aplicações.

Alguns kits de processadores também vem equipados com acelerômetro.

A TI tem um booster pack para os micros TIVA que tem uma série de sensores, me pareceu muito legal, mas ainda não tive tempo para estudar esse cara. http://www.ti.com/tool/boostxl-senshub

Marcelo

2013/8/27 Luizf <lu...@liberato.com.br>

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[Luizf]

Muito obrigado pelas dicas!

[Raimundo Nonato Pimenta Filho]

Eu não respondi porque não conheço AN com acelerômetro para medir colisão.

Nós usamos apenas um acelerômetro: LIS3DH
Foi escolhido por consumo, disponibilidade e preço.

Sobre medir a aceleração da colisão.

É um impulso: A variação de velocidade é grande e o tempo muito
pequeno, tendendo a zero.

Na documentação de vários acelerômetros diz uma altura máxima para
queda, na do LIS3DH diz 10000g para sobrevivência a impacto. Mas em
geral, não são recomendados para.

Ideias sobre:

Os acelerômetros tem com característica, a taxa de amostragem e o
fundo de escala
Para o LIS3DH - 16g e 5kHz

Talvez a aceleração de colisão seja amostrada com a maior taxa, talvez
seja possível pegar várias pontos em torno da colisão, tem que
experimentar. Mas o que é sabido de cara, é que a aceleração é maior
que o fundo de escala, mesmo não sendo mensurável...

No LIS3DH tem opção para gerar interrupção com impacto.
Gera interrupção se a aceleração ultrapassar o valor configurado.

Poderia se pensar em arranjos para determinar a velocidade/energia do impacto
http://youtu.be/JCwfpyowPmk
A Hammer game...

[]s

>> 2013/8/27 Luizf <lu...@liberato.com.br>

[Luizf]

Muito obrigado, amigo Raimundo Nonato Pimenta Filho!

Seus comentários foram bastante úteis.

Pesquisei alguns gráficos resultantes de impactos contendo as respostas de acelerômetros e verifiquei que o tempo para o impacto inicial fica em torno de algumas unidades de milissegundos, e a onda completa de desaceleração é menor que 100ms.

Também fiz alguns cálculos físicos e cheguei ao valor de 170g de desaceleração instantânea no momento de colisão, o que limita bastante a variedade de sensores disponíveis.

Uma possibilidade seria o http://www.digikey.com/product-detail/en/MMA2301EG/MMA2301EG-ND/1227825, que imagino custar em torno de 13 dólares + frete e impostos.

Consegui emprestado um kit eZ430-Chronos para fazer uns testes iniciais, mas já observei limitações do sensor e da peça que fica na frente do computador digitando os códigos de programação.

Pretendo lançar um objeto de encontro a um anteparo e medir a desaceleração do objeto, desprezando as perdas e dissipação de energia no anteparo, mas, não sei como ampliar a taxa de amostragem do aplicativo (1ms), nem como guardar os dados do acelerômetro através da interface de exemplo para conexão com um PC...

Imagino que seja algo bem fácil pra quem domina programação C.

[Raimundo Nonato Pimenta Filho]

Sobre colisões, considerando apenas um eixo...

Se o anteparo tem velocidade igual a zero depois da colisão, e a
energia cinética é dissipada na colisão. A velocidade vai de constante
diferente de zero para constante igual a zero. A aceleração sai de
zero, tem um máximo negativo (impulso), e volta a zero.

Se a energia for conservada na colisão e a velocidade do anteparo
depois da colisão for zero. A velocidade constante troca de sentido. A
aceleração sai de zero, tem um máximo negativo (impulso) para parar,
um máximo positivo (impulso) para acelerar até a nova velocidade
constante, e volta a zero.

A aceleração (negativa e negativa) ocorre apenas durante o curto tempo
de contato.

Zoom no curto tempo de contato, colisão elástica:
O objeto tem velocidade (energia cinética) diferente de zero e toca um
plano elástico.
O plano começa a deformar e a a velocidade do objeto diminui
(aceleração negativa).
A deformação atinge o máximo quando a velocidade é igual a zero.
A energia (potencial) da deformação é devolvida para o objeto
(aceleração positiva).
O objeto abandona o plano...

O plano continua vibrando, mas isto não faz parte da discussão.

Sucessos nos experimentos.

[]s

[Luizf]

Extrai alguns dados da ISO 13232-4:2005(E) (Motorcycles — Test and analysis procedures for research evaluation of rider crash protective devices fitted to motorcycles — Part 4: Variables to be measured, instrumentation and measurement procedures) que orienta diversos parâmetros para medidas dos ensaios a serem realizados, como:

- Sistema de aquisição de dados de 32 canais para os sensores;

- 8 bits;

- Largura de banda de 2k5Hz (gravação analógica);

- Taxa de amostragem de 10kHz, por canal (gravação digital);

- 3,1s (mínimo) de tempo de armazenagem de dados gravados;

- etc.

A norma também apresenta cálculos lineares resultantes dos 9 eixos dos acelerômetros e a velocidade de movimento da cabeça de um boneco de testes (sistema sem fio, ou, não recomendado, com fio):

Pesquisei gráficos de um estudo de caso (http://www.ias.ac.in/sadhana/Pdf2007Aug/427.PDF) que apresentam respostas de um acelerômetro nos eixos x e y:

Como pretendo utilizar o kit eZ430-Chronos (http://www.ti.com/lit/ug/slau292e/slau292e.pdf) para iniciar os testes, baixei e instalei os arquivos fonte do aplicativo Control Center (http://www.ti.com/lit/sw/slac341c/slac341c.zip), mas ainda persistem dúvidas básicas sobre:

1. Qual a Taxa de amostragem configurada para o conversor AD do microcontrolador utilizado (32kHz, 12MHz, por canal, ou nenhuma dessas) na main.c (Sports Watch) anexa (arquivo de 26k)?

2. Como extrair e gravar os dados do acelerômetro (x, y, z) no PC Host (aplicativo Control Center) durante 3,1s?

3. Quais alterações devem ser realizadas nos códigos-fonte (Sports Watch, Data Logger) anexos?

Se alguém tiver disponibilidade de olhar os anexos e esclarecer, agradeço antecipadamente!

Luiz.

[Luizf]

Na verdade, li em algum guia do usuário que o tempo de amostragem é de 1ms, ou seja, taxa de 1kHz. Mas, eu preciso de, pelo menos, 10kHz. Então, fica aqui a primeira dúvida... Se estou certo...

[Silvio Ishizawa]

Prezado Luizf

Ver no link http://www.wirelessdesignmag.com/product-releases/2013/08/new-triaxial-dc-accelerometer-measurement-specialties-withstands-high-shock?et_cid=3451026&et_rid=60839065&type=headline propaganda de sensor acelerometro 3D.

Não sei se aplica a sua necessidade.

Grato

Silvio Hideo Ishizawa 

---

De: Luizf <lu...@liberato.com.br>
Para: Raimundo Nonato Pimenta Filho <mrbon...@gmail.com>
Cc: Marcelo Del Fiore <mdf...@gmail.com>; Texas Instruments Info para Designers e Projetistas <texa...@googlegroups.com>
Enviadas: Quinta-feira, 29 de Agosto de 2013 18:37
Assunto: Re: [Texas Instruments] Microcontrolador Texas e acelerômetro

[Luizf]

Olá Raimundo, obrigado pelas informações!

Você destacou um aspecto crucial para a reprodução precisa da medida de aceleração: A taxa de resposta em frequência do acelerômetro. No caso do kit eZ430-Chronos é de apenas 400Hz, ou seja, apenas 2,5ms entre as leituras.

Apesar do clock estar acima de 1MHz, a filtragem interna limita a resposta. E parece que todo acelerômetro digitalmente controlado apresenta essa limitação construtiva.

Deve ser por causa das vibrações e ressonâncias das aplicações que o componente está sujeito...

Uma vez que não adianta ampliar a taxa de amostragem do microcontrolador escolhido, só me resta analisar as bibliotecas utilizadas no aplicativo Chronos, para descobrir um método para armazenar os valores medidos de aceleração nos 3 eixos, a partir dos dados enviados a interface Control Center.

Fico agradecido pela atenção!

Também agradeço se alguém puder ajudar a acelerar o processo de extração e gravação das leituras do acelerômetro!

Em 30 de agosto de 2013 12:22, Raimundo Nonato Pimenta Filho <mrbon...@gmail.com> escreveu:

Olhei os gráficos...
Tem bastante tempo pra tomada de dados.

Do Doc do eZ430-Chronos
O acelerômetro é o CMA3000-D01 da Murata
http://www.muratamems.fi/sites/default/files/documents/cma3000-d0x_product_family_specification_8281000a.05.pdf

A maior taxa de amostragem é 400Hz, e nesta taxa come 70uA.

0 que eu manjo de C é um pouco mais que zero, mas olhei os códigos
Há poucas chamadas para o acelerômetro, talvez haja outras para
configuração na biblioteca "acceleration.h".
Tem que olhar nela para descobrir o que é feito na inicialização dele,
e ver como modificar os registros.

Também não identifiquei configuração do AD no código, mas olhando o
esquema do eZ430-Chronos não identifiquei sinais analógicos que
pudessem ser medidos

[]s

Em 30 de agosto de 2013 02:40, Luizf <lu...@liberato.com.br> escreveu:

[Luizf]

Obrigado pela dica, Silvio!

O modelo 3803A (http://www.meas-spec.com/product/t_product.aspx?id=10085&terms=3803A*) seria uma boa opção em relação as definições da norma ISO 13232-4 que utiliza o modelo 7264D (https://www.endevco.com/7264d/), podendo efetuar até 1300 leituras por s, podendo chegar a 4000, dependendo do modelo.

Acredito que somente acelerômetros piezoresistivos (ponte de wheatestone), analógicos, apresentem largura de banda até 6kHz, como é o caso do modelo 7264D.

Fico agradecido pela atenção!

[Luizf]

Obrigado pelas dicas Marcelo!

Analisei as opções da Freescale e constatei que os acelerômetros com maior taxa de resposta em frequência estão obsoletos ou estão na faixa de baixa aceleração (low g).

O kit "Sensor Hub BoosterPack" seria uma opção média para a minha aplicação devido ao limite de 1000 amostras lidas por segundo.

Agradeço a atenção!

Em 29 de agosto de 2013 16:17, Marcelo Del Fiore <mdf...@gmail.com> escreveu:

[Helio]

Olá Luiz,

Durante a ESC havia no stand da National o equipamento MyDAq,

que é uma placa de aquisição de dados  USB com taxa de 200 K samples/seg

com 2 canais de 16 bits e o preço estava bom, pois com software (Lab View) 

mais acessórios custava R$ 500.

Abs 

Helio

[Luizf]

Legal, Hélio!

Obrigado pela informação, vou pesquisar essa alternativa de alta precisão e ótimo custo-benefício!

O problema maior nesse momento é a manipulação dos valores dos eixos do acelerômetro, que, segundo estou entendendo, são enviados no pacote de RF, sob o protocolo SimpliciTI. Os comandos intrinsecos desse protocolo se encarregam de jogar esses dados nos devidos registradores e a interface Control Center se encarrega de mostrar na tela do PC. Ainda não sei a linguagem de programação da Control Center para poder extrair os valores medidos do acelerômetro, e, nem sei se é possível assim.

Uma hipótese a testar, talvez seja a possibilidade de analisar o movimento dos registradores a cada instrução executada, num compilador como o IAR e acrescentar uma rotina para extrair os valores pretendidos.

Mas, para isso, tenho que analisar e entender bem o programa de envio do Chronos e o programa de recebimento do Acess Point.

Att,

Luiz.

[Luizf]

O guia do usuário do dispositivo Chronos (http://www.ti.com/lit/ug/slau292e/slau292e.pdf) tem algumas sugestões interessantes sobre mudanças na interface gráfica do usuário (Control Center) a partir do ite, 3.6.5.

No Access Point, a parte que lida com a comunicação RF pode ser alterada no executável TCL/TK (integração Java de código aberto e linguagem script), nomeado como eZ430-Chronos CC 1_2.tcl e a DLL eZ430_Chronos_CC.dll, localizados na pasta C:\Arquivos de programas\Texas Instruments\eZ430-Chronos\Control Center\GUI Sources.

Este seria o caminho para iniciar a extração das medidas do acelerômetro!

No item 3.6.5.1.2, SimpliciTI Functions, 4. Read SimpliciTI acc/ppt data, existe um comando que lê dados recebidos do buffer de RF do Access Point:

bool BM_SPL_GetData(DWORD& wData);

Parâmetros wData (4 byte data (byte3, byte2, byte1, byte0)

byte3 = Acceleration value Z-axis

byte2 = Acceleration value Y-axis

byte1 = Acceleration value X-axis

Esta seria a forma de obter as medidas do acelerômetro!

Agora falta pouco... Só converter os valores para aceleração (g) e gravar num arquivo tipo .LOG.

[Z A]

Código-fonte para obter dados de aceleração do relógio eZ430-Chronos da Texas Instruments:

https://github.com/mncmilan/eZ430-Chronos