【加速度センサー入門】第１回～加速度データを取得してみよう～ - 半導体事業

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設計アナログセンサーソフトウェア Analog Devices

【加速度センサー入門】シリーズでは、アナログ・デバイセズ社の加速度センサーを中心に、基本的な使い方や応用方法を解説します。

本記事では、加速度センサーのご紹介とデジタルMEMS 加速度センサー「ADXL345」と「Arduino」を使い、実際に加速度データの取得方法をご紹介します。

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加速度センサーとは

加速度センサーは加速度の測定を目的とした慣性センサーです。加速度は単位時間あたりの速度[m/s^2]で表現されますが、一般的にMEMS 加速度センサーにおいては加速度は重力単位系の[g]が使われ、1[g]≒9.8[ｍ/s^2]となります。

加速度センサーに衝撃や振動などの力を加えると、慣性の法則に従い加速度を検出することができます。また、地球上には重力加速度が働き、その性質を生かしてデバイスの傾き (傾斜) を求めることができます。さらに加速度を積分することで速度を求めることや、速度を積分をすることで変位を求めることも可能となります。

現在では様々なアプリケーションで活用され、身近なスマートフォンやウェアラブルデバイスだけでなく、工業・産業製品に至るまで、多くのシステムに採用されています。詳しい内容は、アナログデバイセズ社のアプリケーションノート "ANJ-005 加速度センサーとは？" をご参照ください。

加速度センサーを使ってみよう

加速度センサーADXL345 と、ハードウェアのオープンプラットフォームであるArduino 基板及び開発環境 Arduino IDE を使って加速度データの取得をおこないます。なおArduino については、Arduino 公式サイトをご参照ください。

プログラムの内容は、1秒間に100回の頻度 (100Hz の周期) で加速度データを取得し、その結果をArduino 上のシリアルコンソールに表示します。

準備するもの

今回、加速度センサーを評価するうえで準備したものはこちらです。

・Arduino IDE がインストール済みの PC (Arduino IDE のダウンロードはこちらから)

・USB ケーブル (Arduino と PC 接続用)

・Arduino Nano 互換品ボード

・加速度センサー ADXL345

・ブレッドボードとワイヤー

上記の部品を組み合わせて、下図のように回路を組んでいきます。Arduino Nano への電源は、PC からの USB バスパワーで供給します。ADXL345は、SPI インターフェースとI2C インターフェースに対応していますが、今回はI2C インターフェースを使用します。

プログラム

ADXL345は内部レジスタを書き換えることにより柔軟な設定が可能となります。今回作成したプログラムでは、POWER_CTL レジスタ（アドレス: 0x2D）のMeasure ビットを1 に書き込み、スタンバイモードから測定モードのみ変更を行いました。

ADXL345 は電源が供給されると内部レジスタの初期化が行われます。初期状態では、加速度のレンジは±2g、加速度データの更新レートは100Hz となっています。加速度レンジ、データ更新レートは初期状態のままとしました。

また、ソフトウェア側で一定周期の待ち時間を入れ、加速度データX, Y, Z の3軸データを取得し、表示するという流れになっています。ADXL345 のレジスタについてはデータシートをご参照ください。 Arduino IDE で作成したプロジェクトファイルはダウンロードできますので、ご興味のある方はダウンロードください。