一種基于三軸加速度傳感器的速度測(cè)量系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子信息技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于三軸加速度傳感器的速度測(cè)量系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在描述物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的時(shí)候，最好的一種描述方式就是物體的運(yùn)動(dòng)速度以及運(yùn)動(dòng)方向。傳統(tǒng)的傳感器都很難直接或間接的測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)的速度，并且測(cè)量方式略顯復(fù)雜，準(zhǔn)確率不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種基于三軸加速度傳感器的速度測(cè)量系統(tǒng)及方法，解決目前測(cè)量物體速度的測(cè)量方式復(fù)雜、準(zhǔn)確率不高的問(wèn)題。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是包括ADXL335三軸加速度傳感器，ADXL335三軸加速度傳感器連接cc2430模塊，cc2430模塊通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式連接無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)，無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)連接上位PC機(jī)。
[0005]進(jìn)一步，將ADXL335三軸加速度傳感器的三軸輸出分別連接cc2430模塊的PO 口的vinO，vinl, vin2三個(gè)輸入端，ADXL335三軸加速度傳感器周期性的采集數(shù)據(jù)；將cc2430模塊的三個(gè)可編程輸入輸出端口中的PO 口設(shè)置為單端ADC(Analog to Digital Converter模數(shù)轉(zhuǎn)換器)輸入口，并設(shè)置連續(xù)自動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換工作模式，轉(zhuǎn)換結(jié)束后自動(dòng)中斷，并通過(guò)cc2430模塊內(nèi)置的DMA (Direct Memory Access直接內(nèi)存存取)控制器存入cc2430模塊內(nèi)部的存儲(chǔ)單元供程序讀?。粏?dòng)cc2430模塊的內(nèi)部定時(shí)器Timer，設(shè)置中斷時(shí)間，定義時(shí)鐘變量，自動(dòng)增I計(jì)時(shí)，即中斷一次變量值增加I個(gè)數(shù)值；cc2430模塊等待無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)的循環(huán)訪(fǎng)問(wèn)，將經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的三軸加速度數(shù)據(jù)和該加速度持續(xù)的時(shí)間發(fā)送給無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)；由無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)將收到的三軸加速度數(shù)據(jù)值和該加速度持續(xù)的時(shí)間變量值經(jīng)USB接口，傳給上位PC機(jī)；由上位PC機(jī)的計(jì)算程序，根據(jù)收到的三軸加速度數(shù)據(jù)值和該加速度持續(xù)的時(shí)間值，按照下式，計(jì)算獲得此時(shí)的瞬時(shí)速度值:
[0006]Vt= V η+ V {(Vx(t_1)+ax.Δ t)2+ (Vy^D+ay.Δ t)2+(Vzit^1)+az.At)2)}
[0007]式中，ax=a xt_ax(l，ay= a yt_ay(l，az= a zt~az0, ax(l、ay(l、az(l分別為靜止時(shí)，加速度傳感器三個(gè)方向上輸出的零點(diǎn)值；axt、ayt、azt則為加速度傳感器三個(gè)方向上輸出的當(dāng)前值，V w、Ια-D、Vy(t_D、Vza-D分別為上一個(gè)加速度數(shù)據(jù)獲取時(shí)刻計(jì)算的合速度和三個(gè)方向上的分速度，V為開(kāi)根號(hào)運(yùn)算。
[0008]本發(fā)明的有益效果是通過(guò)使用三軸加速度傳感器，分別求得三軸方向的速度值，最終合成求得物體的實(shí)際速度值，能夠快速、準(zhǔn)確的對(duì)復(fù)雜多變的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行速度測(cè)量。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是本發(fā)明硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖中，1.ADXL335三軸加速度傳感器，2.CC2430模塊，3.無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)，4.上位PC機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0012]本發(fā)明系統(tǒng)如圖1所示，包括ADXL335三軸加速度傳感器I，ADXL335三軸加速度傳感器I連接cc2430模塊2，cc2430模塊2通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式連接無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)3，無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)3連接上位PC機(jī)4。
[0013]本發(fā)明的具體工作步驟如下:
[0014](I)將ADXL335三軸加速度傳感器I的三軸輸出分別連接于SoC(System onChip——片上系統(tǒng))cc2430模塊2的PO 口的vinO，vinl，vin2三個(gè)輸入端；ADXL335三軸加速度傳感器I周期性的采集數(shù)據(jù)；
[0015](2)將cc2430模塊2的三個(gè)可編程輸入輸出端口中的PO 口設(shè)置為單端ADC (Analog to Digital Converter模數(shù)轉(zhuǎn)換器)輸入口，并設(shè)置連續(xù)自動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換工作模式，轉(zhuǎn)換結(jié)束后自動(dòng)中斷，并通過(guò)cc2430模塊2內(nèi)置的DMA (Direct Memory Access直接內(nèi)存存取)控制器存入cc2430模塊2內(nèi)部的存儲(chǔ)單元供程序讀取；
[0016](3)啟動(dòng)CC2430模塊2的內(nèi)部定時(shí)器Timer，并根據(jù)起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度普遍均為20米/秒及以下的快慢級(jí)別，設(shè)置20ms中斷一次，這樣可以保證采樣頻率造成的取樣誤差小于0.04米/秒，并定義時(shí)鐘變量，自動(dòng)增I計(jì)時(shí)，即變量值每增加I個(gè)數(shù)值，代表經(jīng)歷了時(shí)長(zhǎng)為20ms的時(shí)間；
[0017](4)cc2430模塊2等待無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)3即Sink節(jié)點(diǎn)的循環(huán)訪(fǎng)問(wèn)，將經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的三軸加速度數(shù)據(jù)和該加速度持續(xù)的時(shí)間發(fā)送給無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)3 ;本發(fā)明中無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)3是負(fù)責(zé)接收上位機(jī)PC的命令依按序訪(fǎng)問(wèn)的方式接收各無(wú)線(xiàn)加速度傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的無(wú)線(xiàn)節(jié)點(diǎn)。
[0018](5)由無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)3將收到的三軸加速度數(shù)據(jù)值和該加速度持續(xù)的時(shí)間變量值經(jīng)USB接口，傳給上位PC機(jī)4 ;
[0019](6)由上位PC機(jī)4的計(jì)算程序，根據(jù)收到的三軸加速度數(shù)據(jù)值和該加速度持續(xù)的時(shí)間值，按照下式，計(jì)算獲得此時(shí)的瞬時(shí)速度值:
[0020]Vt= V η+ V {(Vx(t_1)+ax.Δ t)2+ (Vy^D+ay.Δ t)2+(Vzit^1)+az.At)2)}
[0021]式中，ax=axt_ax(l，ay= ayt_ay(l，az= a zt_az。，ax(l、ay(l、az。分別為靜止時(shí)，加速度傳感器三個(gè)方向上輸出的零點(diǎn)值；axt、ayt、azt則為加速度傳感器三個(gè)方向上輸出的當(dāng)前值，V w、Ια-D、Vy(t_D、Vza-D分別為上一個(gè)加速度數(shù)據(jù)獲取時(shí)刻計(jì)算的合速度和三個(gè)方向上的分速度。V為開(kāi)根號(hào)運(yùn)算。
[0022]本發(fā)明公開(kāi)了一種基于三軸加速度傳感器的速度測(cè)量方法，按照如下步驟進(jìn)行:
(I)將加速度傳感器ADXL335和實(shí)現(xiàn)了嵌入式ZigBee應(yīng)用的CC2430芯片集成，通過(guò)加速度傳感器周期性的采集數(shù)據(jù)；(2)將三軸方向上的加速度值在CC2430中進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，信號(hào)調(diào)理，然后將采集數(shù)據(jù)的時(shí)間同加速度值通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳感器傳輸?shù)缴衔粰C(jī)中進(jìn)行處理；(3)利用積分變換求得物體的三軸方向?qū)崟r(shí)速度值，最終合成求得物體實(shí)際的速度值。本發(fā)明能夠解決目前測(cè)量物體速度的測(cè)量方式復(fù)雜、準(zhǔn)確率不高的問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)使用三軸加速度傳感器，分別求得三軸方向的速度值，最終合成求得物體的實(shí)際速度值，能夠快速、準(zhǔn)確的對(duì)復(fù)雜多變的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行速度測(cè)量。
[0023]以上所述僅是對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施方式而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施方式所做的任何簡(jiǎn)單修改，等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于三軸加速度傳感器的速度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:包括ADXL335三軸加速度傳感器(1)，ADXL335三軸加速度傳感器(I)連接cc2430模塊(2)，cc2430模塊(2)通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式連接無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)(3)，無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)(3)連接上位PC機(jī)(4)。
2.按照權(quán)利要求1所述一種基于三軸加速度傳感器的速度測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法，其特征在于:將ADXL335三軸加速度傳感器⑴的三軸輸出分別連接cc2430模塊⑵的PO 口的vinO，vinl, vin2三個(gè)輸入端，ADXL335三軸加速度傳感器(I)周期性的采集數(shù)據(jù)；將cc2430模塊(2)的三個(gè)可編程輸入輸出端口中的PO 口設(shè)置為單端ADC(Analog to DigitalConverter模數(shù)轉(zhuǎn)換器)輸入口，并設(shè)置連續(xù)自動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換工作模式，轉(zhuǎn)換結(jié)束后自動(dòng)中斷，并通過(guò)cc2430模塊(2)內(nèi)置的DMA (Direct Memory Access直接內(nèi)存存取)控制器存入cc2430模塊(2)內(nèi)部的存儲(chǔ)單元供程序讀??；啟動(dòng)cc2430模塊(2)的內(nèi)部定時(shí)器Timer，設(shè)置中斷時(shí)間，定義時(shí)鐘變量，自動(dòng)增I計(jì)時(shí)，即中斷一次變量值增加I個(gè)數(shù)值；cc2430模塊(2)等待無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)(3)的循環(huán)訪(fǎng)問(wèn)，將經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的三軸加速度數(shù)據(jù)和該加速度持續(xù)的時(shí)間發(fā)送給無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)⑶；由無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)⑶將收到的三軸加速度數(shù)據(jù)值和該加速度持續(xù)的時(shí)間變量值經(jīng)USB接口，傳給上位PC機(jī)(4);由上位PC機(jī)(4)的計(jì)算程序，根據(jù)收到的三軸加速度數(shù)據(jù)值和該加速度持續(xù)的時(shí)間值，按照下式，計(jì)算獲得此時(shí)的瞬時(shí)速度值:Vt= V H+ V {(vx(t_1)+ax.Δ t)2+(vy(t_1)+ay.Δ t)2+(Vzit^1)+az.At)2)}式中，ax= axt-ax(l，ay= a yt~ay0, az= a zt-az(l，ax(l、ay(l、az(l分別為靜止時(shí)，加速度傳感器二個(gè)方向上輸出的零點(diǎn)值；axt、ayt、azt則為加速度傳感器三個(gè)方向上輸出的當(dāng)前值，V w、Vx α_1}、Vya-D Jza-D分別為上一個(gè)加速度數(shù)據(jù)獲取時(shí)刻計(jì)算的合速度和三個(gè)方向上的分速度，V為開(kāi)根號(hào)運(yùn)算。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于三軸加速度傳感器的速度測(cè)量系統(tǒng)及方法，包括ADXL335三軸加速度傳感器，ADXL335三軸加速度傳感器連接cc2430模塊，cc2430模塊通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式連接無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)，無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)連接上位PC機(jī)。本發(fā)明的有益效果是通過(guò)使用三軸加速度傳感器，分別求得三軸方向的速度值，最終合成求得物體的實(shí)際速度值，能夠快速、準(zhǔn)確的對(duì)復(fù)雜多變的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行速度測(cè)量。
【IPC分類(lèi)】G01P3-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104749391
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510125569
【發(fā)明人】李向東, 原徐成
【申請(qǐng)人】江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院
【公開(kāi)日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年3月20日