現代車載數字視頻記錄系統(DVR)或OBD均使用加速度計（重力傳感器）測量車輛加速度。因此，在發生車輛緊急剎車或碰撞等預定義事件時，DVR可以對記錄視頻添加日期/時間/加速度等信息。

將視頻保存至硬盤或SD卡等系統存儲器時，這些信息非常有用。例如，可以借助這些信息方便識別和回放目標事件視頻。此外，僅保留這些有用視頻并刪除其他視頻可顯著節約系統存儲空間。但是，由于地球引力偏置和車輛振動等對加速度計的共同影響，因此在車輛行駛時準確測量加速度是一個很大的挑戰。

本文介紹了一種簡單有效的方法來解決此問題。

圖1所示為一種車載DVR系統框圖。來自CMOS傳感器的視頻經提取、處理并最終保存在SD卡或硬盤等獨立存儲器上。如藍色高亮部分所示，加速度計(例如ADXL313)用于測量車輛加速度。

圖1. 車載DVR系統框圖

圖2說明了配備加速度計的DVR系統的工作原理。發生急剎車等預定義事件時，加速度會隨著車輛的速度變化而大幅提升或降低。加速度計將檢測并測量此加速度，MCU/處理器則可捕捉并處理此加速度數據。一旦加速度超過預定義的閾值(例如–1.5 g)，DVR系統便會開始對記錄視頻添加日期/時間/加速度值等信息。

圖2. 車輛急剎車時加速度及速度與時間的關系

在實際情況中，地球引力偏置和車輛振動等引起的失真會使加速度計測得的加速度并不能準確反映實際的車輛加速度。很多情況會引入地球引力偏置。例如，當DVR安裝在后視鏡上時，由于乘客可手動調整鏡面角度，因而鏡面和地球引力的夾角是不確定的。另一個例子是車輛正在并非完全水平的道路上行駛。此外，車輛發動機和高低不平的路面狀況造成的振動會隨機影響加速度測量，從而產生誤差。

表1. 地球引力偏置引入加速度測量誤差

表1表明，地球引力偏置可能引入的誤差是非常顯著的。第一列是相對于地平面的路面傾角；第二列是Z軸上由地球引力引入的傳感器偏置；第四列是Z軸上由傳感器測得的加速度。車輛的加速度為1 g時，在Z軸上測得的加速度隨路面傾角增大而增大，如第四列所示。例如，傾角為15°時測得的加速度約為1.26g，而Z軸上的實際加速度為1 g，因而測量誤差約為26%。

圖3所示為加速度計測得的實際加速事件，此加速度輸出耦合了引力偏置和車輛振動等。在此圖中，藍線代表加速度計測得的加速度，黃線代表由地球引力引入的引力偏置。如圖所示，可觀察到三個峰值點：A、B和C。

A點測得的值約為1.25 g，B點測得的值約為2.25 g，C點測得的值約為1.75 g。將閾值預定義為1.5 g，B點和C點均超過閾值，而A點則低于閾值。但是，事實上此結果是錯誤的，因為加速度計上的引力偏置未得到補償。如圖中紅色高亮部分所示，消除引力偏置影響后，A點的實際加速度約為1.5 g，B點約為2 g，C點約為1.25 g。此例中閾值預定義為1.5 g，A點和B點均超過閾值，而C點則低于閾值。

此例清楚表明，引力偏置會在測得的加速度上引入誤差，從而導致系統做出錯誤決定。在實際情況中，引力偏置和振動均無法預測，因而其引入的測量誤差也無法預測。從無法預測失真的數據中提取實際加速度是一個相當大的挑戰。

圖3. 耦合了引力偏置和車輛振動的加速度輸出數據

但是，使用自適應參考基準的方法可自適應地消除引力偏置和振動等引入的誤差。它會實時監控加速度計的數據，并將任何隨時間出現的較小和緩慢變化的數據視為由引力偏置和振動等引入的誤差，如圖3中的黃線高亮部分所示。真實的加速度隨時間表現為較大和快速的變化，因而可被確認并通過消除引力偏置和振動等引入的誤差從測得的數據中提取，如圖3中高亮顯示的脈沖A、B和C所示。

在每個測量周期，加速度計會測量并保存數據，并以此用作下一周期計算的參考值。在下一測量周期，將把測得的數據與前一周期的參考值進行相減計算，然后把結果數據與預定義閾值進行比較。如果結果數據超過預定義閾值，則將其視為較大和快速的加速度變化，并用系統軟件進一步處理判斷。如果結果數據未超過閾值，則將其視為由引力和振動引入的偏置和噪聲，系統軟件不做處理，只是將此次測得的數據作為下次測量計算的參考。測量周期需要微調以達到在不同環境下都能進行準確的加速度檢測。上述過程可用下式表示：

ABS [gn – gn – 1] > gth

其中

gn = 當前測量周期中測得的g數據

gn – 1 = 前一周期中測得的g參考值

gth = 預定義的g閾值

圖4表示消除了引力和振動引入的誤差后計算出的實際加速度。如圖中所示，現在黃線接近于零，這意味著幾乎消除了所有重力偏移和振動。A點、B點和C點能準確反映實際的加速度。

圖4. 運用自適應參考基準后方法后獲得的準確加速度

一般而言，上述自適應參考基準方法可以由軟件來實現，但在實際情況中希望MCU或處理器單用軟件完成此過程不太實際，因為視頻應用為實時的，MCU或處理器的資源可能不足。

ADI ADXL313W加速度計可作為一種解決方案，它具有AC工作模式和內置32深度FIFO，這對運用自適應參考基準獲得準確的加速度數據很有幫助，即使后臺MCU或處理器資源有限也無影響。AC工作模式可使ADXL313W保存測得的數據，將其用作下一周期計算的參考，而內置32 FIFO則可使ADXL313W保存最多32字的測量數據，這兩者可大幅減輕后臺MCU或處理器的負載。

圖5是ADXL313WAC工作模式的流程圖。激活A C工作模式后，ADXL313W會自動將之前測得的數據作為參考基準用作下一周期的計算并與預定義閾值進行比較。如果其超過閾值，則會激活中斷信號，通知MCU或處理器進行處理。在此流程圖中，延遲X ms設為兩個測量周期之間的間隔時間，可根據具體應用進行微調，以適應不同的應用場景。

圖5. 利用ADXL313W的AC工作模式準確計算加速度的流程圖

圖6是ADXL313W 32 FIFO模式工作的流程圖。啟用32 FIFO模式工作時，ADXL313W最多可將32字的數據自動保存在FIFO中，如果FIFO已滿，則會激活中斷信號，通知相應的MCU或處理器進行處理判斷，處理器一次可以獲得32此測量數據，從而節省了處理器的功耗和負荷。

圖6. 利用ADXL313W FIFO準確計算加速度的流程圖

為了以有限的存儲容量記錄目標視頻并方便視頻獲取，現代車載DVR或OBD設備需要準確檢測并測量加速度。測量誤差主要由地球引力偏置和車輛振動等引入，這些誤差是不可預測的，這對系統設計人員是一個挑戰?？赏ㄟ^軟件運用自適應參考基準的方法來消除此誤差，但在實際情況中，這可能又不太實際，因為DVR或OBD系統的資源非常有限。

ADI ADXL313W加速度計具有AC工作模式和內置32深度FIFO，這不僅可以直接運用自適應參考基準方法，而且還可以大幅減輕后臺MCU或處理器的負荷。ADXL313W還具有其它很多特性，例如通過車規認證、高分辨率、低噪聲和低功耗，因而能夠大幅提升DVR系統的性能。