应用领域：智能家居

方案类型：成品

主控芯片：nRF51822

方案概述

1.产品简介

i4迷你型加速度传感器iBeacon为信号白，能够配合各种装修风格;本产品的极限距离可达80米，能够降低部署成本;采用CR2477电池(1000mAH)，支持微信摇一摇接入。中间可丝印或滴胶logo。

2.产品特点

Ø 外形小巧

Ø 采用CR2477电池(1000mAH)

Ø 支持微信摇一摇接入

Ø 增加超低功耗、高性能、3轴线性加速度传感器(LIS2DHTR)

Ø 内置温度传感器

Ø 传感器可选择的G值范围：±2g、±4g、±8g、±16g

Ø 加速度传感器的输出数据频率：1 Hz - 5.3kHz

Ø 传感器具有“睡眠唤醒”与“重返睡眠”功能

Ø 并有两个独立的可编程中断入口可用于监测自由跌落以及姿态检测

3.运用范围

传感器ibeacon可配合手机APP显示方向、运动激活、运动记步、移动监测、摇摆控制等;线下顾客广告、优惠券推送，精准营销;商场、机场等大型公众场合室内定位;旅游景点、博物馆等线上讲解;展会、论坛、办公室签到;基于位置的实时消息推送，如现场资料、会议流程分享等;演唱会、大型赛事等观众互动。

4.产品物理特性

型 号:I4

外壳材质:PC

外壳颜色:信号白

外型尺寸:Ø 37x16.5mm

产品重量:21g(含电池)

使用电源:CR2477

供电电压:3.0VDC

安装方式:双面胶粘贴

5.技术参数

通讯方式:BLE 4.0

广播功率:-30～4 dBm，默认0dBm

广播频率:100ms～10s，默认500ms

传输距离:空旷极限传输距离80米

安全性:支持密码连接及不可连接模式，防恶意连接功能

支持设备:iOS 7.0 及以上，Android 4.3 及以上

6.电气特性

静态电流:≤3uA

峰值电流:11mA

平均电流:46uA (0dBm/500ms)

电池型号:CR2477

电池容:1000mAH

使用寿命:17个月(0dBm/500ms)

7.LIS2DHTR传感器性能参数

工作电压:1.71 V - 3.6 V

最小功耗:2uA

数字输出接口:I2C/SPI

测量轴:3轴 (X，Y，Z)

唤醒功能:有

加速度范围:±2g、±4g、±8g、±16g

带宽:1Hz ~ 5.3kHz

传感器工作温度:-40℃~ +85℃

传感器封装:SMD，2.0*2.0*1.0mm，14-pin，LGA

8.默认参数

9.支持设备

固件完全符合 Apple公司 iBeacon技术要求，支持机型包括：

支持设备系统:支持设备型号

iOS 7.0及以上:iPhone 4S,iPhone 5/5C/5S,iPhone 6/6Plus/6S/6SPlus,iPhone 7/7Plus,iPad mini/mini2/4/Air/Pro

Android 4.3及以上:Samsung S4/S5/S6/S7, Note 3/4/5…,小米M3/4/5…,华为P7/8/9,荣耀6/7/8,具备蓝牙4.0及Android 4.3以上机型均可支持

nRF51822藍牙低功耗和 2.4GHz 專利 SoC

nRF51822 是功能強大、高靈活性的多協議 SoC，非常適用於 Bluetooth® 低功耗和 2.4GHz 超低功耗無線應用。 nRF51822 根據配備 256kB flash + 16kB RAM 的 32 位元 ARM® Cortex™ M0 CPU 而建構。 嵌入式 2.4GHz 收發器支援藍牙低功耗及 2.4GHz 運作，其中 2.4GHz 模式與 Nordic Semiconductor 的 nRF24L 系列產品無線相容。

nRF51822 還具備豐富的類比和數位周邊產品，可以在無需 CPU 參與的情況下透過可程式化周邊介面 (PPI) 系統進行互動。 靈活的 31 針腳 GPIO 映射方案可使 I/O(例如序列介面、PWM 和正弦解調器)根據 PCB 需求指示映射到任何設備針腳。 這可在關於針腳位置與功能方面，達成完全的設計靈活性。

nRF51822 支援 S110 藍牙低功耗協定堆疊及 2.4GHz 協定堆疊(包括 Gazell)，這兩種協定堆疊在 nRF518 軟體開發套件中均免費提供。nRF51822 需要單獨供電，如果供電範圍在 1.8-3.6V 之間，使用者可選擇使用晶片上的線性整流器，如果供電範圍在 2.1-3.6V 之間，可以選擇直流 1.8V 模式和晶片上的 DCDC 變壓器。DC-DC 變壓器的使用可在工作期間動態控制，並使 nRF51822 運行期間的射頻峰值電流低於 10 mA @ 3V 供電 (TX @ 0 dBm & RX)。

nRF51822 具有 6x6mm 48 針腳 QFN 封裝和 3.5x3.8mm 64 球形直接晶片構裝之晶圓級封裝 (WLCSP)。

nRF51822 提供 256k 或 128kB Flash 容量的不同版本。

nRF51822资料信息

nRF51822_PS v3.1.pdf

nRF51822 FEATURES

單晶片, 高靈活性, 2.4GHz 多協定設備

32 位元 ARM Cortex M0 CPU 核心

256KB flash 16KB RAM

支援 S110 藍牙低功耗協定堆疊

S110 需要 80 kB 記憶體空間

執行緒安全性和執行階段保護

事件驅動 API

與 nRF24L 系列無線相容

3 種資料率 (2Mbps/1Mbps/250kbps)

+4dBm 輸出功率

-92.5dBm 敏感度、藍牙低功耗

針對最大化電源效率應用和程式碼簡化需求的 PPI 系統

具備對每個周邊產品進行電源自動管理功能的靈活電源管理系統

用於類比和數位 I/O 的可設定 I/O 映射

nRF51822 APPLICATIONS

行動電話配件

PC 周邊產品

消費電子 (CE) 遙控器

近接感應/警報感測器

運動、健身和醫療保健感測器

智慧 RF 標記

玩具和電子遊戲

智慧家用設備

工業和商用感測器

nRF51822 Product Brief Description

nRFS110藍牙低功耗堆疊

nRF51422ANT 和 2.4GHz 專利 SoC

nRF8001 藍牙低功耗連接 IC

nRF8002 藍牙低功耗近接感應 IC

nRF24LE1向下相容 Flash 不同規格

nRF24LU1+具備 Flash 和 USB 的 2.4GHz RF 系統晶片

nRF24L01+超低功耗 2.4GHz RF 收發器 IC

加速度传感器

加速度传感器是一种能够测量加速度的传感器。通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成。传感器在加速过程中，通过对质量块所受惯性力的测量，利用牛顿第二定律获得加速度值。根据传感器敏感元件的不同，常见的加速度传感器包括电容式、电感式、应变式、压阻式、压电式等。

加速度传感器分类

压电式

压电式加速度传感器又称压电加速度计。它也属于惯性式传感器。压电式加速度传感器的原理是利用压电陶瓷或石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。

压阻式

基于世界领先的MEMS硅微加工技术，压阻式加速度传感器具有体积小、低功耗等特点，易于集成在各种模拟和数字电路中，广泛应用于汽车碰撞实验、测试仪器、设备振动监测等领域。

电容式

电容式加速度传感器是基于电容原理的极距变化型的电容传感器。电容式加速度传感器/电容式加速度计是对比较通用的加速度传感器。在某些领域无可替代，如安全气囊，手机移动设备等。电容式加速度传感器/电容式加速度计采用了微机电系统(MEMS)工艺，在大量生产时变得经济，从而保证了较低的成本。

伺服式

伺服式加速度传感器是一种闭环测试系统，具有动态性 能好、动态范围大和线性度好等特点。其工作原理，传感器的振动系统由 "m-k”系统组成，与一般加速度计相同，但质量m上还接着一个电磁线圈，当基座上有 加速度输入时，质量块偏离平衡位置，该位移大小由位移传感器检测出来，经伺服放大器 放大后转换为电流输出，该电流流过电磁线圈，在永久磁铁的磁场中产生电磁恢复力，力图使质量块保持在仪表壳体中原来的平衡位置上，所以伺服加速度传感器在闭环状态下工作。

由于有反馈作用，增强了抗干扰的能力，提高测量精度，扩大了测量范围，伺服加速度测量技术广泛地应用于惯性导航和惯性制导系统中，在高精度的振动测量和标定中也有应用。

加速度传感器工作原理

线加速度计的原理是惯性原理，也就是力的平衡，A(加速度)=F(惯性力)/M(质量) 我们只需要测量F就可以了。怎么测量F?用电磁力去平衡这个力就可以了。就可以得到 F对应于电流的关系。只需要用实验去标定这个比例系数就行了。当然中间的信号传输、放大、滤波就是电路的事了。

多数加速度传感器是根据压电效应的原理来工作的。

所谓的压电效应就是 "对于不存在对称中心的异极晶体加在晶体上的外力除了使晶体发生形变以外，还将改变晶体的极化状态，在晶体内部建立电场，这种由于机械力作用使介质发生极化的现象称为正压电效应 "。

一般加速度传感器就是利用了其内部的由于加速度造成的晶体变形这个特性。由于这个变形会产生电压，只要计算出产生电压和所施加的加速度之间的关系，就可以将加速度转化成电压输出。当然，还有很多其它方法来制作加速度传感器，比如压阻技术，电容效应，热气泡效应，光效应，但是其最基本的原理都是由于加速度产生某个介质产生变形，通过测量其变形量并用相关电路转化成电压输出。每种技术都有各自的机会和问题。

压阻式加速度传感器由于在汽车工业中的广泛应用而发展最快。由于安全性越来越成为汽车制造商的卖点，这种附加系统也越来越多。压阻式加速度传感器2000年的市场规模约为4.2亿美元，根据有关调查，预计其市值将按年平均4.1%速度增长，至2007年达到5.6亿美元。这其中，欧洲市场的速度最快，因为欧洲是许多安全气囊和汽车生产企业的所在地。

压电技术主要在工业上用来防止机器故障，使用这种传感器可以检测机器潜在的故障以达到自保护，及避免对工人产生意外伤害，这种传感器具有用户，尤其是质量行业的用户所追求的可重复性、稳定性和自生性。但是在许多新的应用领域，很多用户尚无使用这类传感器的意识，销售商冒险进入这种尚待开发的市场会麻烦多多，因为终端用户对由于使用这种传感器而带来的问题和解决方法都认识不多。

如果这些问题能够得到解决，将会促进压电传感器得到更快的发展。2002年压电传感器市值为3亿美元，预计其年增长率将达到4.9%，到2007年达到4.2亿美元。

使用加速度传感器有时会碰到低频场合测量时输出信号出现失真的情况，用多种测量判断方法一时找不出故障出现的原因，经过分析总结，导致测量结果失真的因素主要是：系统低频响应差，系统低频信噪比差，外界环境对测量信号的影响。 所以，只要出现加速度传感器低频测量信号失真情况，对比以上三点看看是哪个因素造成的，有针对性的进行解决。

加速度传感器技术指标

1、灵敏度方面的技术指标：对于一个仪器来说，一般都是灵敏度越高越好的，因为越灵敏，对周围环境发生的加速度的变化就越容易感受到，加速度变化大，很自然地，输出的电压的变化相应地也变大，这样测量就比较容易方便，而测量出来的数据也会比较精确的。

2、带宽方面的技术指标：带宽指的的是传感器可以测量的有效的频带，比如，一个传感器有上百HZ带宽的就可以测量振动了;一个具有五十HZ带宽的传感器就可以有效测量倾角了。

3、量程方面的技术指标：测量不一样的事物的运动所需要的量程都是不一样的，要根据实际情况来衡量。

解析手机上的传感器

加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力，就好比地球引力，也就是重力。加速力可以是个常量，比如g，也可以是变量。因此其的范围比重力感应器要大，但是一般在手机被提到的加速度感应器时，其实就是指重力感应器，因此两者可以看做是等价的。

方向感应器

手机方向传感器是指，安装在手机上用以检测手机本身处于何种方向状态的部件，而不是通常理解的指南针的功能。

手机方向检测功能可以检测手机处于正竖、倒竖、左横、右横，仰、俯状态。具有方向检测功能的手机具有使用更方便、更具人性化的特点。例如，手机旋转后，屏幕图像可以自动跟着旋转并切换长宽比例，文字或菜单也可以同时旋转，使你阅读方便;听MP3时。可能会有人说：这个跟那个重力感应器是一样的?

这个两者是不一样的，方向感应器或者叫应用角速度传感器比较合适，一般手机的上的方向感应器是感应水平面上的方位角、旋转角和倾斜角的。这个如果你可能觉得有点理论的话，举个例子吧。有方向感应器的能很好的玩都市赛车游戏。而只有重力感应器也能玩，但是，结果很令人纠结。

为了得到高度真实的试验数据，使用者应当全面地了解所用仪器的工作特性，这些特性是怎样互相影响的，整个环境对这些特性是如何影响的，以及加速度计对被测运动是如何影响的。

加速度计是关键的测量元件，有多种设计型式供选用。每种设计型式都为某些特定用处设计的，目的是为获得高保真的测量数据。

工程师们应认真地分析测量的要求，选用最合适的加速度计，通常要在灵敏度，重量和频响范围三者之间比较，做出最合适的选择。

传感器主要工作特性分为有效响应与乱真响应两类。

●有效响应 effective response

在传感器灵敏轴方向上，由输入的机械振动或冲击所引起的传感器的响应。这种响应是正确使用传感器进行测量，取得可靠数据所期望的。

●乱真响应 spurious response

在使用传感器测量机械振动或冲击时，由同时存在的其他物理因素所引起的传感器的响应。这种响应是干扰正确测量的，是不期望的。(见国家标准 GB/T 13823.1-93)

有效响应主要有：

灵敏度;幅频响应和相频响应;非线性度。

乱真响应主要有：

温度响应;瞬变温度灵敏度;横向灵敏度;旋转运动灵敏度;基座应变灵敏度;磁灵敏度;安装力矩灵敏度;对特殊环境的响应。(见国家标准 GB/T 13823.1-93)

●灵敏度：(Sensitivity)

指定的输出量与指定的输入量之比。

●参考灵敏度：(Reference Sensitivity)

在给定的参考频率和参考幅值下传感器的灵敏度值。

传感器灵敏度越高，测量系统的信噪比就越大，系统就不易受静电干扰或电磁场的影响。对某种具体的加速度计设计型式来说，灵敏度越高，则传感器越重，共振频率也越低。因此选用多大灵敏度受其重量和频率响应的制约。

一般情况下，传感器的灵敏度包括幅值与相位两个信息，是随频率变化的复数量。

●幅频响应和相频响应

在输入的机械振动量值不变的情况下，传感器输出电量的幅值随振动频率的变化，称为幅频响应。而输出电量的相位随振动频率的变化，称为相频响应。

在工作频段内连续地改变振动频率，且维持输入的机械振动量幅值不变，同时观测传感器的输出，便可测定幅频响应。若同时测量传感器输出电量与输入机械振动量间的相位差，则又可测定相频响应。

一般情况下，只要求知道幅频响应。在接近传感器上、下限频率处使用传感器，或有要求时，则必须知道相频响应。

●非线性度

在给定的频率和幅值范围内，输出量与输入量成正比，称为线性变化。实际传感器的校准结果与线性变化偏离的程度，称为该传感器的非线性度。

在由最小值到最大值的传感器动态范围内，逐渐增大输入的机械振动量，同时测量传感器输出幅值的变化，便可测定传感器的输出值与线性输出值的偏差量。在使用正弦振动发生器进行测定时，可在传感器的工作频率范围内选定几个频率进行，以覆盖传感器整个动态范围。

一般在传感器动态范围的上限附近传感器的输出值与线性值的偏差量最大。所允许的偏差量取决于具体测量的要求。

对压电加速度计，一般用在一定的加速度范围内，其灵敏度增加的百分数来表示非线性度。压阻式，变电容式加速度计在其动态范围内线性度较好，它代表了非线性、滞后和非重复性的综合值。

●质量负载的影响

如果加速度计的动态质量接近被测结构物的动态质量，则会使振动产生明显的衰减。为此在诸如印刷电路板等又薄又轻的片状构件上测振时，为了得到准确的数据必须采用重量轻的加速度计。如果被测物件呈现单自由度的响应，则加速度计将使其共振频率下降。在所有的模态试验中必须使用微型加速度计。

●低频响应

使用压电加速度计时，所用放大器低频截止频率多为2-5Hz，目的是以此来剔除许多压电传感器的热释电输出。像隔离剪切式设计等隔离性好的设计型式可用在较低的频率。压阻式和变电容式加速度计则具有零频响应。

●高频响应

加速度计的高频响应随加速度计的机械性能和安装方法而变。在安装牢固时，大多数加速度计呈现无阻尼单自由度系统的频响特性。以±5%为要求的话，其频率响应约平整到安装共振频率的五分之一。如果加适当的修正因数，则可在更高的频率上得到有用的数据。

●温度响应

传感器灵敏度随温度的变化，称为传感器的温度响应。用测试温度下的灵敏度与室温下的灵敏度之差相对于室温灵敏度的百分数来表示。

常用压电加速度计的温度范围为零度以下至+177°C 或 +260°C。某些特定型号，低温可达绝对零度，高温可达760°C。很多种压电加速度计设计型式在很宽的温度范围内的温度响应很平。压阻式、变电容式加速度计的典型温度范围为-18°C～+93°C。

●压电传感器的瞬变温度灵敏度

具有热释电效应的传感器在瞬变温度作用下将产生电输出，该输出的最大值与传感器灵敏度和温度改变量乘积的比值称为瞬变温度灵敏度。

在温度产生变化时，压电元件会产生输出信号，这称之为热释电效应。试件或气流温度的突变会引起这种温度变化。大多数情况下这种效应是很低频的，只有信号适调仪的响应在1赫以下，才能检测到。如果信号适调仪有级间高通滤波器，则应特别注意，热释电信号可能会使放大器饱和，使它短时间不工作。

基座隔离式，剪切式，隔离剪切式设计的热释电效应较小。压阻式，变电容式的这种效应是可以忽略的。

●横向灵敏度

对于单向测量来说，要求加速度计不得对被测物体的横向运动产生任何响应是十分必要的。但加速度计不可能是完美无缺的，总是有一定的横向灵敏度，它与横向振动的方向有关，其横向灵敏度一般为轴向灵敏度的1～5%。恩德福克对每个加速度计进行横向灵敏度校准并给出其最大值。

●横向灵敏度比

在与传感器灵敏轴垂直的方向上受到激励时传感器的灵敏度，称为横向灵敏度。横向灵敏度与沿灵敏轴方向上的灵敏度之比，称为横向灵敏度比。

●旋转运动灵敏度

某些直线振动传感器对旋转运动是敏感的。在进行试验时必须小心。以免造成测量误差。

●基座应变灵敏度

在传感器基座产生应变时会引起不应有的信号输出，该输出值与传感器灵敏度和应变值乘积的比值，称为基座应变灵敏度。

在某些试验中，加速度计安装处可能会存在动态弯曲、扭转、拉伸等。由于与应变区紧密接触，加速度计底座也会发生应变。部分应变会传给敏感元件，从而产生与振动运动无关的输出信号。

剪切式设计的加速度计要比压缩式的对基座应变的敏感程度小一个数量级。应用绝缘安装螺钉或粘贴式转接件可以减小这种影响。

●磁灵敏度

传感器被置于磁场中会产生的不应有的信号输出，该输出值与传感器灵敏度和磁场的磁感应强度乘积的比值，称为传感器的磁灵敏度。

●安装力矩灵敏度

采用螺纹安装的传感器，安装力矩的变化会引起灵敏度发生变化。施加1/2倍规定安装力矩或施加2倍规定安装力矩时的灵敏度与施加规定安装力矩时的灵敏度之最大差值，相对于施加规定安装力矩时灵敏度的比值的百分数，称为安装力矩灵敏度。

●特殊环境的响应

在强静电场、交变磁场、射频场、声场、电缆影响、核辐射等的特殊环境下，某些传感器会受到严重的影响，这些物理因素将引起传感器产生乱真响应。