数据驱动现场总线技术在运动跟踪解决方案中的应用实例分析

越来越多的可穿戴设备和物联网设计将检测方向和跟踪运动的能力视为重要要求。尽管已经有各种各样的可用运动传感器，但工程师还是不断受到挑战，探索以更低的功耗更快、更高效地集成这些设备，这在额外增加传感器时尤其具有挑战性。

为应对这些运动跟踪挑战，设计人员需要集成度更高的加速计、陀螺仪和磁力仪五金件以及更加高效且智能的数据融合算法。本文将介绍TDKInvenSense提供的同时为硬件和软件提供帮助的解决方案。然后，本文还将介绍设计人员如何着手将该解决方案应用于简化需要复杂的运动感应功能的复杂低功耗多传感器应用的开发。

高效运动跟踪的挑战

利用传统的运动跟踪方法，开发人员可以同时为硬件和软件处理重要的问题。在硬件方面，开发人员通常会努力在采用单独传感器（包括加速计、陀螺仪和磁力仪）构建设计中最大限度减少其复杂性、尺寸与零件数量。软件工程师则需要特别注意同步各种各样输出，以创建用于上述所用传感器融合算法所需统一数据流。这对于硬件与软件都面临同等程度增长难题。

然而，使用TDKInvenSenseICM-20948，便能以最少工作量快速实现或其他多传感器系统。

运动跟踪解决方案

ICM-20948是一种小型模块，其尺寸仅3mmx3mmx1mm，它集成了提供完整工作模式下所需整套结合了完整信号链、可编程滤波、高级接口电路及数字处理电路（图1）。

图1：ICM-20948通过专用的信号链、高级滤波、高级接口及数字处理执行工作模式

该模块全面工作模式下仅需3毫安(mA)左右便能完成全部功能。而对于功率受限应用，可以关闭部分功能，从而降至完全休眠状态8微安(μA)。产生之功耗取决于VDD电压值，该值可以从1.71伏特到3.6伏特根据需求选择。

单独信号链集成在模块中，为每个通道加速计、三轴陀螺儀、三轴磁力儀及温度傳感器支持。此每个信号链包含缓冲放大机制与16位数转换机制(ADC)，以及针对不同类型特定电路，如霍尔效应磁力儀電流源。为了提高输出，每种信号链包括适用于每种进一步傳感器類型調節階段。此外，还有自动調節阶段來執行樣本平均等處理函数。在软體設計中，将ICM-20948设置為平均128個陀螺儀數據采样，或32個加速度數據采样。最后，每个通道所有调节后的输出馈入一个专用的寄存器中供DMP使用。

核心是一个专有的数字運動處理機(DMP)，用于进行各种不同的操作，比如执行運動處理算法校准测试。在正常運作期间DMP會處理来自專用傳感器寄存者的資料，然后將結果储存在FIFO内供MCU主機访问通過共享I2C或SPI總線。

DMP與FIFO性能為很多實際應用提供重要服務許多情況下應用更新運動追蹤結果相對較慢甚至允許主機MCU之間休眠以降低總消費電。但是運動追蹤算法要求更新頻率明顯比此要快，以確保即使在無主機介入的情況下也能於請求時保持最低延遲並提供準確數據。

簡單結合

ICM-20948结合了小封装系统集成功能独立操作等优点特别适用于移动设备可穿戴设备物联网设计中使用。

模块高度集成为简单装置实现典型運動追蹤设定只需三个陶瓷X7R容量组装稳压滤波并旁通（图2）。

图2：发展者可以轻松添加TDKInvenSense ICN 20947到基于MCU 设计连接至MCU 通过 SPI 或 I2C 接口后者配置相同但引脚22(nCS) 与 VDDIO 相关联

虽然 ICN 20947 提供了一种几乎直接替代性的解決辦法，但许多應用仍然對其他傳輸類型提出要求。为了帮助開發人員简化这些多伝输设定的开发过程，TCN 20847 为兼容I2C 的智能传输类别连接到辅助端口 (AUX_CL 和 AUX_DA) 并通过内部寄存管理它们。

评估板参考模型

评估板引用模型给出了现成平台，其结合了主机 MCU 嵌入式调试工具 USB 连接无线连接并添加其他类别 多个连接点 及相关资源（图4）。

图4：评估板引用模型给出全面的活动感觉装置 结合了 ICN 20847 模块 Microchip Technology ATSAMATSAMAVL20T-AU MCU

虽然 ICM-20948 提供了一些简单界面，但是希望评估活动感觉解決辦法开发生态的人员甚至能够避免这个水平上的物理原型建设 TDKinvenSence 的 DK -20843 評估版及其相關資源提供现成開发环境，使得 开发团队能够开始构建他们自己的活動感觉项目，而不必先花时间构建物理原形制造品证明概念有效性或进行市场测试。此外，这些参考示例还允许团队成员协同合作，并分享他们对活动感觉技术了解的一般见解，有助于促进行业标准化趋势，并鼓励跨公司合作，以共同推动这一新兴领域前沿研究与创新发展。

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