Bewegungserkennung mit Beschleunigungssensor

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Fachhochschule Gießen-Friedberg

Wenn der Beschleunigungssensor seinen Bewegungszustand durch Beschleunigen oder Abbremsen ändert, treten zusätzlich dynamische Kräfte auf, die aus der Massenträgheit entstehen. Der Beschleunigungssensor misst die Gesamtbeschleunigung, die sich vektoriell aus der Erdbeschleunigung und der dynamischen Beschleunigung zusammensetzt. Bild 2 zeigt Messwerte, die im Sekundenabstand mit dem Beschleunigungssensor MMA7260Q bei einem Menschen während der Arbeit aufgenommen wurden. Hier sind dynamische Anteile gut erkennbar.

Die Messung der dynamischen Kräfte würde eine ständige Erfassung der Beschleunigungswerte erfordern. Dies ist nicht machbar, da sich die MCU überwiegend im Low-Power-Modus befinden soll. Außerdem verursacht eine völlig gleichförmige Bewegung keine dynamischen Kräfte und kann deshalb nicht erkannt werden. Deshalb wurde hier ausschließlich mit der Erkennung der Orientierungsänderung gearbeitet. Das funktioniert gut, weil ein Mensch der sich bewegt, fast immer auch seine Orientierung ändert und damit ändern sich mindestens zwei Komponenten der Beschleunigung. Die Software des Messsystems prüft nun regelmäßig, ob die Komponenten des Beschleunigungsvektors sich merklich verändert haben, das heißt ob der Änderungsvektor in Bild 1 ein bestimmtes Maß überschritten hat. Wenn ja, liegt Bewegung vor.

Zustandsautomat mittels Software realisieren

Die Software muss in der Lage sein, echte Veränderungen durch menschliche Bewegung vom Rauschen der Messwerte und von kleinen Änderungen durch Vibrationen zu unterscheiden. Die MCU nimmt daher in regelmäßigen Zeitabständen eine Reihe von Messungen vor. Dies kann zuverlässig durch einen Timer-Interrupt gesteuert werden. Eine solche Reihe kann z.B. aus zehn Messungen im Sekundenabstand bestehen. Damit lässt sich durch Mittelwertbildung das Rauschen vermindern und eine aktuell stattfindende Bewegung sofort erkennen (deutliche Änderungen der Beschleunigungsvektoren innerhalb der Reihe). Das ermöglicht eine schnelle Reaktion.

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