大約二十年前，VoIP 網路電話技術如火如荼地發展，隨著 Ethernet 網路越來越成熟，網路品質也越來越穩定，辦公室的桌上話機逐漸被網路電話所取代，當時的思科 (Cisco) 就是網路界的霸主。當時我們開發網路話機是以 embedded system 為架構的設計，如圖四所示，搭配 CTI 伺服器組成一套辦公室的電話系統解決方案。
近年來，隨著智慧型手機逐漸普及化，無線網路 (WiFi) 和行動數據的頻寬與通訊品質大幅提升，出現了許多軟體電話 (Soft Phone) 的 APP。其實，這些軟體電話也是網路電話的一種，從過去的桌上型網路電話，進化成行動型網路電話。軟體電話也存在很久了，過去主要安裝在 PC 上，但因為使用者操作起來並不像網路話機的方便，早些年這種安裝在 PC 上的軟體電話多半不流行。拜智慧型手機的快速發展之賜，軟體電話找到發展的空間，像 LINE、微信...等社群軟體都內建網路或視訊電話。
這次接到一個任務，將原本連接在加工機上的研華 USB-4716 和國家儀器 NI-9234 想辦法取代掉。這兩個設備的主要功能是類比訊號擷取器，用來收集加工機上面的震動訊號和電流訊號。加工機上面安裝了一個震動感測器 (Dytran 3055B3)，將震動訊號轉成電壓，再由 NI-9234 將電壓轉成數位資料。另外，加工機上面也安裝一個電流感測器 (Topstek TU12P10A)，將電流轉成電壓訊號，再由研華 USB-4716 將電壓轉成數位資料。首先，我先查詢了 NI-9234 和 USB-4716 資料解析度，分別是 24-bit 和 16-bit，於是從淘寶網站上找到一個 ADC 16-bit 的模組，而且具有八個通道，正好能滿足需求，所以買來研究看看，如圖一所示。這模組上的 ADC 晶片是由德州儀器 ADS1256 所構成的核心。另外，我發現這塊模組被用於 Arduino 平台上，官網有提供其 library。
前一篇 "三軸重力加速計" 介紹 ADXL335 晶片的重力加速計 (也稱加速規)，主要能偵測出三軸的重力變化，便能得知物體轉動方向方位。有一個特殊情況可解釋陀螺儀的作用，當加速規放置水平時，此時轉動轉動 Z 軸，我們會發現 X/Y 軸的重力值變化量其實並不大，請參考底下的實驗影片。這樣的變化量可能被誤以為是雜訊，不容易判斷物體是否方向方位在改變。如果能再多計算每一軸轉動的速度，由轉動的角速度輔助，便能計算物體位移量。於是，陀螺儀正是用來計算角速度的，配合重力計一起使用。因此，若加速規再輔以陀螺儀的功能，這樣能更精準算出物體的移動與轉動方向 (我覺得這是很複雜的數學)。
Arduino 官方網站中提供好多種重力加速計與陀螺儀的模組，我便找了一顆 MPU6050 晶片來測試。這顆晶片不只具有三軸重力加速計，還有陀螺儀的功能，對外的通訊介面為 I2C 方式。首先，實驗過程我採用恩智浦的 LPC1114 控制器來比較一下 MPU6050 與 ADXL335 的重力數值，如圖一所示。圖一的 LCM 第一行顯示的是 MPU6050 X, Y, Z 軸的重力值，第二行顯示的是 ADXL335 的三軸重力值，我已經把兩塊模組的 X/Y 軸方向調整為一致了 (兩塊模組的三軸定義方向其實不太一樣，用軟體方式調整)，如圖右下角所示。圖中，X 軸的重力值約為 -0.023g 和 -0.018g，Y 軸的重力值約為 -0.016g 和 0.018g，Z 軸的重力值約為 0.964g 和 1.112g。兩者數值的誤差，我的解釋是實驗過程並沒有做校正的動作，因此兩者模組存在一些誤差。撇開誤差，如果我們的實驗對精準度沒有要求太高的話，倒是很快取得三軸重力數值並計算出大概方位。
三軸重力加速計是一種重力感測器，三軸指的是 X, Y, Z 軸，重力加速度就是我們高中理化曾學過的地心引力 (g)。由於這個重力加速度是地球的天然資源 (就像磁力線的指南針)，所以當我們身體傾斜或翻轉時，透過地心引力的影響讓身體內部機構可感受到其傾斜或翻轉。於是，將此概念應用到科技工業上，像電玩的體感遊戲 (Wii, Kinect...)、飛行器、懸臂旋轉等都使用到相關元件，本文針對三軸重力加速計的晶片做測試研究，希望能獲得更多的應用靈感。首先，找一顆晶片試試吧！Arduino 開發套件常見的三軸加速計，使用的是 ADI ADXL335/345 晶片，因此我買了一個來測試玩玩看，並用 NXP LPC1114 晶片來設計系統。
