本發(fā)明涉物體位移傳感器及物體位移測(cè)量系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用加速度傳感器計(jì)算位移的方法和移動(dòng)終端。

背景技術(shù)：
隨著智能手機(jī)的普及，加速度傳感器的得到了廣泛使用，圍繞加速度傳感器的應(yīng)用也越來(lái)越多。但是目前加速度傳感器只能夠測(cè)試物體所受的外力大小和方向，極大的限制了應(yīng)用的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，很多時(shí)候我們不但需要知道物體受到受外力的大小，還想知道物體在外力的作用下運(yùn)動(dòng)的軌跡和位移，這樣應(yīng)用范圍將更廣闊，目前手機(jī)使用的加速度傳感器不能夠用來(lái)測(cè)試物體移動(dòng)位移，因?yàn)榧铀俣葌鞲衅鳒y(cè)試加速度過(guò)程中存在非線性和遲滯現(xiàn)象，如下圖1所示，同一物體加速到某一速度后又減速到原來(lái)速度，物體加速度曲線和減速度曲線并不重合。物理學(xué)對(duì)物體運(yùn)動(dòng)分類，例如勻速直線運(yùn)動(dòng)，勻加速直線運(yùn)動(dòng)，勻減速直線運(yùn)動(dòng)等運(yùn)動(dòng)形式，在日常人體操作物體運(yùn)動(dòng)中根本不存。且在常見(jiàn)運(yùn)動(dòng)中，都存在摩擦噪音和撞擊噪音，這些噪音具有很大的加速度分量，遠(yuǎn)大于物體位移加速度量。既是不考慮這些噪音影響和加速度傳感器的非線性和遲滯對(duì)測(cè)試位移影響，也無(wú)法使用得到物體位移。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種利用加速度傳感器計(jì)算位移的方法和移動(dòng)終端，利用現(xiàn)有的低成本加速度傳感器實(shí)現(xiàn)了物體位移的測(cè)試。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：一種利用加速度傳感器計(jì)算位移的方法，該方法包括如下步驟：步驟1：根據(jù)不同加速度傳感器對(duì)常見(jiàn)的物體運(yùn)動(dòng)形式的感應(yīng)反饋特點(diǎn)，對(duì)加速度傳感器采集物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，各種不產(chǎn)生位移的加速度噪音進(jìn)行濾除；步驟2：把常見(jiàn)的物體運(yùn)動(dòng)形式進(jìn)行分類，再對(duì)分類后的物體運(yùn)動(dòng)形式進(jìn)行“平均加速度—加速度”曲線進(jìn)行校準(zhǔn)，繪制出物體不同類型運(yùn)動(dòng)的“平均加速度—加速度”曲線圖；步驟3：被測(cè)位移的物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，記錄加速度傳感器在物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中數(shù)值得到物體運(yùn)動(dòng)的加速度曲線，根據(jù)物體運(yùn)動(dòng)加速度曲線判斷物體做何種類型運(yùn)動(dòng)，再在所述“平均加速度—加速度”曲線中查出物體對(duì)應(yīng)何種類型運(yùn)動(dòng)的平均加速度，計(jì)算出物體運(yùn)動(dòng)位移。優(yōu)選的，步驟2中，所述常見(jiàn)的物體運(yùn)動(dòng)形式進(jìn)行分類是指根據(jù)加速度傳感器對(duì)物體運(yùn)動(dòng)加速度感應(yīng)類型分類；同類運(yùn)動(dòng)形式物體運(yùn)動(dòng)加速度曲線差異主要表現(xiàn)為加速度幅度和時(shí)間。優(yōu)選的，物體運(yùn)動(dòng)形式包括挪動(dòng)運(yùn)動(dòng)，撞擊運(yùn)動(dòng)，擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)中的任一種。優(yōu)選的，所述物體運(yùn)動(dòng)種類的開(kāi)始和結(jié)束加速度變化率均為零，即物體處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。本發(fā)明還提供了一種利用加速度傳感器計(jì)算位移的方法，該方法包括如下步驟：步驟1：根據(jù)不同加速度傳感器對(duì)常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)形式的感應(yīng)反饋特點(diǎn)，對(duì)加速度傳感器采集物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，各種不產(chǎn)生位移的加速度噪音進(jìn)行濾除；步驟2：把常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)形式進(jìn)行分類，再對(duì)分類后的運(yùn)動(dòng)形式采用近似算法進(jìn)行校準(zhǔn)，繪制出不同類型運(yùn)動(dòng)“平均加速度—加速度”曲線圖；步驟3：被測(cè)位移的物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，記錄加速度傳感器在物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中數(shù)值得到物體運(yùn)動(dòng)的加速度曲線，根據(jù)物體運(yùn)動(dòng)“加速度”曲線判斷物體做何種類型運(yùn)動(dòng)，再在對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)種類的“平均加速度—加速度”曲線類型圖中查出物體對(duì)應(yīng)此類運(yùn)動(dòng)的平均加速度，計(jì)算出物體運(yùn)動(dòng)位移，完成加速度傳感器對(duì)物體的位移測(cè)試。本發(fā)明的有益效果在于：利用現(xiàn)有的低成本加速度傳感器實(shí)現(xiàn)了物體位移的測(cè)試。附圖說(shuō)明圖1為加速度傳感器的遲滯特性曲線。圖2a為第一人挪動(dòng)不同物體的加速度曲線。圖2b為第二人挪動(dòng)不同物體的加速度曲線。圖2c為第三人挪動(dòng)不同物體的加速度曲線。圖3a為正向位移方向的加速度曲線。圖3b為反向位移方向加速度曲線。圖4為平均加速度—加速度校準(zhǔn)曲線。圖5為物體沿X方向挪動(dòng)位移過(guò)程圖。圖6為三軸加速度傳感器采集物體沿X軸運(yùn)動(dòng)加速度曲線。圖7為經(jīng)過(guò)低通濾波器后的加速度曲線。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明提供了一種利用加速度傳感器計(jì)算物體位移的方法。該發(fā)明發(fā)現(xiàn)了：1、常見(jiàn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中存在摩擦噪音和撞擊噪音等，這些噪音具有很大加速度分量，頻率較高，不產(chǎn)生位移，常見(jiàn)人體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生位移的加速度分量頻率集中在低頻段；2、常見(jiàn)人體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生位移同類運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的加速度曲線具有極高的相似度；3、利用加速度—平均加速度校準(zhǔn)方法減小計(jì)算位移的計(jì)算量，消除加速度傳感器測(cè)試誤差。利用這些發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)加速度傳感器計(jì)算物體的位移。本發(fā)明提供一種利用加速度傳感器計(jì)算位移的移動(dòng)終端，其包括：加速度傳感器、濾波器、加速度傳感器，用于采集物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的加速度值；濾波器，用于對(duì)加速度傳感器采集的物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的加速度值進(jìn)行低通濾波；處理器，用于對(duì)運(yùn)動(dòng)形式進(jìn)行分類，再對(duì)分類后的運(yùn)動(dòng)形式分別進(jìn)行平均加速度值與加速度值的對(duì)應(yīng)匹配。具體地，對(duì)于某一類運(yùn)動(dòng)形式的運(yùn)動(dòng)，只要知道運(yùn)動(dòng)時(shí)間和某一點(diǎn)的加速度值，就能夠得到該類運(yùn)動(dòng)形式物體在這段時(shí)間的位移。為了消除加速度傳感器線性誤差和遲滯對(duì)測(cè)試精度影響，對(duì)不同類型運(yùn)動(dòng)形式的物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程，先等效為勻加速直線運(yùn)動(dòng)，預(yù)先對(duì)該類運(yùn)動(dòng)不同大小加速度對(duì)應(yīng)的勻加速度值，進(jìn)行平均加速度—加速度校準(zhǔn)，保存得到的校準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)。判斷模塊，用于根據(jù)經(jīng)過(guò)濾波器低通濾波的加速度值，判斷當(dāng)前運(yùn)動(dòng)所屬的分類，以及根據(jù)所屬的分類中平均加速度值與加速度值的對(duì)應(yīng)匹配，得到當(dāng)前運(yùn)動(dòng)的平均加速度值，從而利用該平均加速度值得到位移值。根據(jù)數(shù)據(jù)判斷物體的運(yùn)動(dòng)為哪種類型運(yùn)動(dòng)，再根據(jù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程加速度值大小，在對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)類型校準(zhǔn)數(shù)據(jù)中查出對(duì)應(yīng)的等效平均運(yùn)動(dòng)加速度，計(jì)算出物體位移。本發(fā)明提供的一種利用加速度傳感器計(jì)算物體位移的方法。該方法是根據(jù)不同加速度傳感器對(duì)常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)形式的感應(yīng)反饋特點(diǎn)，對(duì)加速度傳感器采集物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，各種不產(chǎn)生位移的加速度噪音進(jìn)行濾除；把常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)形式進(jìn)行分類，再對(duì)分類后的運(yùn)動(dòng)形式進(jìn)行“平均加速度—加速度”曲線進(jìn)行校準(zhǔn)，繪制出不同類型運(yùn)動(dòng)“平均加速度—加速度”曲線圖。被測(cè)位移的物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，記錄加速度傳感器在物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中數(shù)值，根據(jù)物體運(yùn)動(dòng)“加速度”曲線判斷物體做何種類型運(yùn)動(dòng)，再在對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)種類的“平均加速度—加速度”曲線類型圖中查出物體對(duì)應(yīng)此類運(yùn)動(dòng)的平均加速度，計(jì)算出物體運(yùn)動(dòng)位移，完成加速度傳感器對(duì)物體的位移測(cè)試。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)了常見(jiàn)人體操作物體運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，按照這一規(guī)律把人體操作物體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分類，同一類運(yùn)動(dòng)形式運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的加速度曲線具有極高的相似度，它們之間區(qū)別僅限于加速度幅度和運(yùn)動(dòng)時(shí)間，如圖2所示，是人體挪動(dòng)物體的一組加速度曲線，該類曲線是三個(gè)不同人挪動(dòng)不同物體的加速度曲線，盡管三個(gè)人挪動(dòng)不同物體所用的時(shí)間和移動(dòng)的各距離不同，但加速度曲線形狀極為相似，區(qū)別僅在加速度的幅度和運(yùn)動(dòng)過(guò)程所用時(shí)間。對(duì)常見(jiàn)人體運(yùn)動(dòng)形式研究發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律。1、物理學(xué)中對(duì)物體運(yùn)動(dòng)分類的運(yùn)動(dòng)形式，在人體運(yùn)動(dòng)中幾乎不出現(xiàn)。2、人體常見(jiàn)運(yùn)動(dòng)形式(例如：走動(dòng)，挪動(dòng)，擺動(dòng)、拋出等運(yùn)動(dòng)形式)，同類運(yùn)動(dòng)形式的加速度曲線極為相似，區(qū)別僅在加速度的幅度和運(yùn)動(dòng)過(guò)程所用時(shí)間。3、人體常見(jiàn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中存在摩擦噪音和撞擊噪音，這些噪音具有很大加速度，頻率較高，不產(chǎn)生位移，人體運(yùn)動(dòng)加速度頻率集中在0.5—10Hz之間。針對(duì)以上特點(diǎn)，用安裝在物體上的加速度傳感器測(cè)試物體位移，需要首先對(duì)加速度傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行低通濾波，消除摩擦噪音和撞擊噪音。對(duì)于某一類運(yùn)動(dòng)形式的運(yùn)動(dòng)，只要知道運(yùn)動(dòng)時(shí)間和某一點(diǎn)的加速度值，就能夠得到該類運(yùn)動(dòng)形式物體在這段時(shí)間的位移。為了消除加速度傳感器線性誤差和遲滯對(duì)測(cè)試精度影響，對(duì)不同類型運(yùn)動(dòng)形式的物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程，先等效為勻加速直線運(yùn)動(dòng)，預(yù)先對(duì)該類運(yùn)動(dòng)不同大小加速度對(duì)應(yīng)的勻加速度值，進(jìn)行平均加速度—加速度校準(zhǔn)，保存得到的校準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)。測(cè)試物體位移時(shí)，加速度傳感器采集物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)判斷物體的運(yùn)動(dòng)為哪種類型運(yùn)動(dòng)，再根據(jù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程加速度值大小，在對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)類型校準(zhǔn)數(shù)據(jù)中查出對(duì)應(yīng)的等效平均運(yùn)動(dòng)加速度，計(jì)算出物體位移。對(duì)加速度傳感器進(jìn)行“平均加速度—加速度”校準(zhǔn)的主要作用是：1、不同運(yùn)動(dòng)類型加速度傳感器的線性度和遲滯大小有所差異，校準(zhǔn)可以消除加速度傳感器線性誤差和遲滯對(duì)位移計(jì)算的影響，提高測(cè)試精度2、簡(jiǎn)化計(jì)算，節(jié)省系統(tǒng)資源。對(duì)于已知的運(yùn)動(dòng)類型(例如固定場(chǎng)景的游戲動(dòng)作)只要采集固定點(diǎn)加速度和運(yùn)動(dòng)時(shí)間就可以得到物體的移動(dòng)位移。該發(fā)明的核心是把人體復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分類，對(duì)于同一類運(yùn)動(dòng)通過(guò)查表方法或等效算法得到平均加速度，在利用平均加速度計(jì)算出物體位移。這樣就把復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，簡(jiǎn)單化的求得位移。結(jié)合附圖5,用一款三軸加速度傳感器測(cè)試一物體由A位置移動(dòng)-d位移到B位置，再由B位置移動(dòng)到A位置的物體位移測(cè)試的具體實(shí)施方法。人體運(yùn)動(dòng)頻率集中在10HZ以內(nèi)，自然界各種噪音和人體移動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)中摩擦產(chǎn)生噪音常用加速度傳感器都會(huì)感應(yīng)的，特別是移動(dòng)物體過(guò)程中摩擦產(chǎn)生的噪音和撞擊噪音，具有很大的加速度量而不會(huì)使加速度傳感器產(chǎn)生位移。加速度傳感器感應(yīng)特別敏感，這些噪音產(chǎn)生的加速度能量大于移動(dòng)物體加速度量，但這些噪音能量集中在較高頻段。采集的加速度值首先經(jīng)過(guò)截止頻率在10HZ以下的低通濾波器，濾除噪音。經(jīng)過(guò)低通濾波器平滑后物體沿X軸移動(dòng)后的加速度曲線加速度曲線圖3a和圖3b所示。正向運(yùn)動(dòng)和負(fù)方向運(yùn)動(dòng)的加速度曲線剛好反向，用于區(qū)分物體位移方向。物體這類移動(dòng)過(guò)程中，在X軸正方向運(yùn)動(dòng)的峰峰值(或有效值)與平均加速度校準(zhǔn)曲線如圖4所示，圖中縱軸a是等效的平均加速度，橫軸A是峰峰值(或有效值)。在實(shí)際用于中三軸加速度傳感器的正負(fù)方向需要分別校準(zhǔn)，在一個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中平均加速度a＝2s/t2，圖中的縱坐標(biāo)，在不同類型運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中加速度傳感器采集加速度值經(jīng)過(guò)低通濾波器峰峰值(或有效值)位于橫坐標(biāo)。圖6是圖5中是挪動(dòng)物體加速度隨時(shí)間曲線，物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程加速度傳感器在x\y\z三個(gè)方向采集的加速度值。曲線中有大量噪音。圖7是圖6曲線中X軸加速度數(shù)值經(jīng)過(guò)10HZ低通濾波器平滑后的曲線。運(yùn)動(dòng)過(guò)程的起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，加速度的變化率為0,應(yīng)用此定律在圖5物體由A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)間為t1，有B點(diǎn)移動(dòng)到A點(diǎn)時(shí)間為t2，如圖7所示。圖7物體由A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)過(guò)程中加速度峰峰值為A1，對(duì)應(yīng)圖4，查得的平均加速度為a1，應(yīng)用公式得出圖5中物體在X軸向由A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)位移如圖8所示，本發(fā)明一種利用加速度傳感器計(jì)算位移的方法，包括以下步驟：步驟S1、采集物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的加速度值；步驟S2、對(duì)采集的物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的加速度值進(jìn)行低通濾波；步驟S3、根據(jù)加速度值對(duì)運(yùn)動(dòng)形式進(jìn)行分類，再對(duì)分類后的運(yùn)動(dòng)形式分別進(jìn)行平均加速度值與加速度值的對(duì)應(yīng)匹配；步驟S4、根據(jù)經(jīng)過(guò)濾波器低通濾波的加速度值，判斷當(dāng)前運(yùn)動(dòng)所屬的分類，以及根據(jù)所屬的分類中平均加速度值與加速度值的對(duì)應(yīng)匹配，得到當(dāng)前運(yùn)動(dòng)的平均加速度值，從而利用該平均加速度值得到位移值。本發(fā)明的有益效果在于：利用現(xiàn)有的低成本加速度傳感器實(shí)現(xiàn)了物體位移的測(cè)試。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。