本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域中的一種振動(dòng)感知傳感網(wǎng)工業(yè)縫制設(shè)備自動(dòng)計(jì)數(shù)方法。無(wú)線單片微控制器單元是一款集成了高性能處理器的控制器單元，可以搭載多種外接傳感器設(shè)備。本發(fā)明將搭載有加速度傳感器的無(wú)線單片微控制器單元布置到工業(yè)縫制設(shè)備上，采集布置在工業(yè)縫制設(shè)備針腳的加速度傳感器的輸出電壓數(shù)值，形成基于時(shí)間序列的振動(dòng)波形圖。由于生產(chǎn)線上每一道工序都有固定模板波形圖，本方法利用模板波形圖和員工正常工作的工作波形圖進(jìn)行波形匹配，自動(dòng)計(jì)算員工的工作量。可用于解決工業(yè)縫制設(shè)備在縫紉工藝流程中的工作量計(jì)數(shù)問(wèn)題。

背景技術(shù)：

工業(yè)縫制設(shè)備的自動(dòng)計(jì)數(shù)就是在縫紉工藝流程中對(duì)員工完成的工作量進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì)。現(xiàn)有的工作量技術(shù)方法大致可分為3類：人工計(jì)數(shù)方法、基于物聯(lián)網(wǎng)的半自動(dòng)計(jì)數(shù)方法以及基于特殊設(shè)備的全自動(dòng)計(jì)數(shù)方法。人工計(jì)數(shù)方法效率低下，容易發(fā)生計(jì)數(shù)錯(cuò)誤?；谖锫?lián)網(wǎng)的半自動(dòng)計(jì)數(shù)方法使用限制較多，操作繁瑣，不適合商業(yè)開(kāi)發(fā)。

動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整算法是波形識(shí)別中的一種經(jīng)典算法，該算法基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的思想，解決了波形長(zhǎng)短不一的模板匹配問(wèn)題，該算法的缺陷在于要求的波形樣本中采樣位數(shù)較多，時(shí)間復(fù)雜度高，不適合采樣位數(shù)少的情況。

西安電子科技大學(xué)在其申請(qǐng)的專利“工業(yè)縫制行業(yè)中平衡生產(chǎn)線的方法”(專利申請(qǐng)?zhí)枺?01210198809.0，公布號(hào)：CN102831492B)中公開(kāi)了一種工業(yè)縫制行業(yè)中平衡生產(chǎn)線的方法。該方法按照生產(chǎn)線上任務(wù)的先后依賴關(guān)系，對(duì)生產(chǎn)任務(wù)集進(jìn)行拓?fù)渑判?，根?jù)相鄰的任務(wù)節(jié)點(diǎn)使用的工業(yè)縫制設(shè)備的類型，對(duì)拓?fù)湫蛄兄械娜蝿?wù)劃分工序，分配相應(yīng)類型和數(shù)量的工業(yè)縫制設(shè)備；并且通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)，從生產(chǎn)線上工業(yè)縫制設(shè)備的控制箱中采集數(shù)據(jù)，利用可視化界面對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可應(yīng)用于平衡生產(chǎn)線，提高生產(chǎn)效率。該技術(shù)有效解決了生產(chǎn)線中人工計(jì)數(shù)所帶來(lái)的不易管理等問(wèn)題，但是，該方法仍然存在的不足之處是，該技術(shù)對(duì)操作人員的要求較高，步驟較為繁瑣，ZigBee數(shù)據(jù)傳輸時(shí)占用帶寬較高，不適用于大規(guī)模商業(yè)推廣。

MSC有限公司在其申請(qǐng)的專利“利用射頻識(shí)別裝置改進(jìn)生產(chǎn)的系統(tǒng)和方法”(專利申請(qǐng)?zhí)枺?00610098511.7，公布號(hào)CN101017539A)中公開(kāi)了一種基于RFID技術(shù)改進(jìn)生產(chǎn)系統(tǒng)的方法：利用RFID技術(shù)實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)線上的工作數(shù)據(jù)，通過(guò)分析、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線平衡，從而提高生產(chǎn)效率。該方法的思想是利用RFID技術(shù)獲得各種生產(chǎn)線上的相關(guān)信息，再將獲取的信息傳送至控制器，并經(jīng)由控制器將采集到的生產(chǎn)線信息上傳至服務(wù)器，以進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，進(jìn)而識(shí)別出生產(chǎn)線上的工作瓶頸，服務(wù)器可以重新匹配工件射頻識(shí)別卡與工件組號(hào)之間的關(guān)系，重新分配工序，從而達(dá)到生產(chǎn)線平衡的目的。該方法存在的不足之處在于，生產(chǎn)線上的任務(wù)數(shù)據(jù)必須依靠打卡方式人工采集，數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性不高，部署成本高，有可能導(dǎo)致對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行錯(cuò)誤地調(diào)整。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提出了一種振動(dòng)感知傳感網(wǎng)工業(yè)縫制設(shè)備自動(dòng)計(jì)數(shù)方法，以實(shí)現(xiàn)在縫紉工業(yè)流程中工作量的自動(dòng)計(jì)數(shù)，從而提高生產(chǎn)效率。

本發(fā)明的技術(shù)思路是：利用無(wú)線單片微控制器單元搭載的加速度傳感器，收集縫紉工藝中工業(yè)縫制設(shè)備針腳振動(dòng)的加速度信息，組成工業(yè)縫制設(shè)備工作的振動(dòng)波形，對(duì)每一道工序，采集振動(dòng)波形，記錄為模板波形，通過(guò)模板波形與員工工作時(shí)產(chǎn)生的工作波形圖進(jìn)行波形匹配，得到員工工作的工作量，

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的具體步驟如下：

(1)設(shè)置加速度傳感器：

將加速度傳感器固定在工業(yè)縫制設(shè)備震動(dòng)最強(qiáng)烈的部位，加速度傳感器通過(guò)導(dǎo)線與固定在工業(yè)縫制設(shè)備上的無(wú)線單片微控制器單元連接；

(2)獲得振動(dòng)波形圖：

(2a)采集工業(yè)縫制中每一道工序的工業(yè)縫制設(shè)備上加速度傳感器的輸出電壓數(shù)值，將每一道工序采集到的輸出電壓數(shù)值，按照采集時(shí)間的先后順序拼接起來(lái)，組成每一道工序?qū)?yīng)的一幅振動(dòng)波形圖；

(2b)采集員工正常工作中工業(yè)縫制設(shè)備上加速度傳感器的輸出電壓數(shù)值，將采集到的輸出電壓數(shù)值，按照采集時(shí)間先后的順序拼接起來(lái)，形成員工正常工作的振動(dòng)波形圖；

(3)處理振動(dòng)波形圖：

(3a)對(duì)每一道工序的振動(dòng)波形圖進(jìn)行差分濾波，獲得每一道工序的模板波形圖；

(3b)將每一道工序的振動(dòng)波形圖與模板波形圖發(fā)送給服務(wù)器，在服務(wù)器中記錄每一道工序的振動(dòng)波形圖和模板波形圖；

(3c)對(duì)員工正常工作的振動(dòng)波形圖進(jìn)行差分濾波，獲得員工正常工作的工作波形圖；

(3d)將員工正常工作的工作波形圖發(fā)送給服務(wù)器；

(4)比較波形圖：

(4a)統(tǒng)計(jì)服務(wù)器接收到員工正常工作的工作波形圖中的高電平個(gè)數(shù)，得到工作波形圖的高電平個(gè)數(shù)m；

(4b)統(tǒng)計(jì)服務(wù)器中記錄的每一道工序的模板波形圖的高電平個(gè)數(shù)，得到所有模板波形圖的高電平個(gè)數(shù)的集合N，所有模板波形圖的高電平個(gè)數(shù)的集合N中每一個(gè)元素n_i對(duì)應(yīng)一個(gè)模板波形圖的高電平個(gè)數(shù)；

(4c)依次比較工作波形圖的高電平個(gè)數(shù)m與所有模板波形圖的高電平個(gè)數(shù)集合N中的每一個(gè)元素n_i，將工作波形圖的高電平個(gè)數(shù)m與所有模板波形圖的高電平個(gè)數(shù)集合N中的元素n_i相等的情況記為簡(jiǎn)單情況，其他情況記為復(fù)雜情況；

(5)波形匹配：

(5a)采用波形匹配算法，對(duì)簡(jiǎn)單情況的工作波形圖和所有模板波形圖的高電平個(gè)數(shù)集合N中的元素n_i對(duì)應(yīng)的模板波形圖進(jìn)行波形匹配；

(5b)比較復(fù)雜情況中工作波形圖和所有模板波形圖的高電平個(gè)數(shù)集合N中的元素n_i對(duì)應(yīng)的模板波形圖，獲得高電平個(gè)數(shù)較多的波形圖，縮減高電平個(gè)數(shù)較多的波形圖，將復(fù)雜情況變?yōu)楹?jiǎn)單情況，再采用波形匹配算法，對(duì)縮減后的波形圖和另一個(gè)波形圖進(jìn)行波形匹配；

(6)自動(dòng)計(jì)數(shù)：

(6a)對(duì)簡(jiǎn)單情況和復(fù)雜情況的波形匹配結(jié)果自動(dòng)計(jì)數(shù)，得到自動(dòng)計(jì)數(shù)結(jié)果；

(6b)將自動(dòng)計(jì)數(shù)結(jié)果存入服務(wù)器中。

本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)，相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

第1，由于本發(fā)明通過(guò)設(shè)置加速度傳感器，采集工業(yè)縫制中工業(yè)縫制設(shè)備上加速度傳感器的輸出電壓數(shù)值，將采集到的輸出電壓數(shù)值按照采集時(shí)間的先后順序拼接起來(lái)，組成振動(dòng)波形圖，克服了現(xiàn)有技術(shù)中數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性不高，部署成本高的問(wèn)題，使得本發(fā)明中的數(shù)據(jù)具有高可靠性和準(zhǔn)確性，同時(shí)加速度傳感器價(jià)格低廉，適合做大規(guī)模的商業(yè)開(kāi)發(fā)。

第2，由于本發(fā)明在處理振動(dòng)波形圖時(shí)，對(duì)振動(dòng)波形圖進(jìn)行差分濾波，將復(fù)雜的機(jī)械振動(dòng)波形變?yōu)橹挥懈叩碗娖降臄?shù)字波形，克服了現(xiàn)有技術(shù)傳輸占用帶寬較高的問(wèn)題，使得本發(fā)明最大程度的減少了網(wǎng)絡(luò)傳輸中帶寬的消耗，在同樣的網(wǎng)絡(luò)中能夠承載更多的工業(yè)縫制設(shè)備，提高了網(wǎng)絡(luò)利用率。

第3，由于本發(fā)明采用波形匹配算法，該算法是根據(jù)實(shí)驗(yàn)本身所設(shè)計(jì)的，克服了現(xiàn)有技術(shù)所需采樣位數(shù)多，時(shí)間復(fù)雜度高的問(wèn)題，使得本發(fā)明可以在短時(shí)間內(nèi)完成所需的任務(wù)，提高了工作效率。

第4，由于本發(fā)明采用自動(dòng)計(jì)數(shù)方法，克服了現(xiàn)有技術(shù)對(duì)操作人員的要求較高，步驟較為繁瑣的問(wèn)題，使得本發(fā)明在實(shí)際應(yīng)用中易于學(xué)習(xí)推廣，適合商業(yè)開(kāi)發(fā)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的流程圖；

圖2是本發(fā)明中的振動(dòng)波形圖和經(jīng)步驟3振動(dòng)波形圖處理后的模板波形圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。

參照附圖1，本發(fā)明的具體實(shí)施步驟如下。

步驟1，設(shè)置加速度傳感器。

將加速度傳感器固定在工業(yè)縫制設(shè)備震動(dòng)最強(qiáng)烈的部位，加速度傳感器通過(guò)導(dǎo)線與固定在工業(yè)縫制設(shè)備上的無(wú)線單片微控制器單元連接。

步驟2，獲得振動(dòng)波形圖。

采集工業(yè)縫制中每一道工序的工業(yè)縫制設(shè)備上加速度傳感器的輸出電壓數(shù)值，將每一道工序采集到的輸出電壓數(shù)值，按照采集時(shí)間的先后順序拼接起來(lái)，組成每一道工序?qū)?yīng)的一幅振動(dòng)波形圖。

采集員工正常工作中工業(yè)縫制設(shè)備上加速度傳感器的輸出電壓數(shù)值，將采集到的輸出電壓數(shù)值，按照采集時(shí)間先后的順序拼接起來(lái)，形成員工正常工作的振動(dòng)波形圖。

步驟3，處理振動(dòng)波形圖。

對(duì)每一道工序的振動(dòng)波形圖進(jìn)行差分濾波，獲得每一道工序的模板波形圖。

差分濾波是指，將振動(dòng)波形圖中振幅大于3800或振幅小于3700的波形置為高電平，其余的波形置為低電平。

將每一道工序的振動(dòng)波形圖和模板波形圖發(fā)送給服務(wù)器，在服務(wù)器中記錄每一道工序的振動(dòng)波形圖和模板波形圖。如圖2所示，為振動(dòng)波形圖和經(jīng)過(guò)差分濾波后生成的模板波形圖。

對(duì)員工正常工作的振動(dòng)波形圖進(jìn)行差分濾波，獲得員工正常工作的工作波形圖。

差分濾波是指，將振動(dòng)波形圖中振幅大于3800或振幅小于3700的波形置為高電平，其余的波形置為低電平。

將員工正常工作的工作波形圖發(fā)送給服務(wù)器。

步驟4，比較波形圖。

統(tǒng)計(jì)服務(wù)器接收到員工正常工作的工作波形圖中的高電平個(gè)數(shù)，得到工作波形圖的高電平個(gè)數(shù)m。

統(tǒng)計(jì)服務(wù)器中記錄的每一道工序的模板波形圖的高電平個(gè)數(shù)，得到所有模板波形圖的高電平個(gè)數(shù)的集合N，所有模板波形圖的高電平個(gè)數(shù)的集合N中每一個(gè)元素n_i對(duì)應(yīng)一個(gè)模板波形圖的高電平個(gè)數(shù)，高電平個(gè)數(shù)的集合N中的元素個(gè)數(shù)為工序的總數(shù)。

依次比較工作波形圖的高電平個(gè)數(shù)m和所有模板波形圖的高電平個(gè)數(shù)集合N中的每一個(gè)元素n_i，將工作波形圖的高電平個(gè)數(shù)m與所有模板波形圖的高電平個(gè)數(shù)集合N中的元素n_i相等的情況記為簡(jiǎn)單情況，其他情況記為復(fù)雜情況。

步驟5，波形匹配。

采用波形匹配算法，對(duì)簡(jiǎn)單情況的工作波形圖和所有模板波形圖的高電平個(gè)數(shù)集合N中的元素n_i對(duì)應(yīng)的模板波形圖進(jìn)行波形匹配。

波形匹配算法的具體步驟如下：

第1步，按照下式，計(jì)算兩個(gè)波形圖的高電平總時(shí)間的相對(duì)偏差：

$D={\frac{(T_1-T_2)}{T_1\×T_2}}^2$

其中，D表示兩個(gè)波形圖的高電平總時(shí)間的相對(duì)偏差，T₁表示工作波形圖的高電平總時(shí)間，T₂表示模板波形圖的高電平總時(shí)間。

第2步，由縫紉的工序確定閾值α。

第3步，判斷相對(duì)偏差D是否在閾值α的范圍內(nèi)，若是，則視為波形匹配成功，否則，視為波形匹配失敗。

比較復(fù)雜情況中工作波形圖和所有模板波形圖的高電平個(gè)數(shù)集合N中的元素n_i對(duì)應(yīng)的模板波形圖，獲得高電平個(gè)數(shù)較多的波形圖，縮減高電平個(gè)數(shù)較多的波形圖，將復(fù)雜情況變?yōu)楹?jiǎn)單情況，再采用波形匹配算法，對(duì)縮減后的波形圖和另一個(gè)波形圖進(jìn)行波形匹配。

縮減高電平個(gè)數(shù)多的波形圖是指，合并高電平個(gè)數(shù)多的波形圖中相鄰的高電平，減少高電平個(gè)數(shù)，直到與另一個(gè)波形圖的高電平個(gè)數(shù)相等，其中，將高電平個(gè)數(shù)為M的波形圖縮減到高電平個(gè)數(shù)為N的波形圖，一共有種方法。

波形匹配算法的具體步驟如下：

第1步，按照下式，計(jì)算兩個(gè)波形圖的高電平總時(shí)間的相對(duì)偏差：

$D={\frac{(T_1-T_2)}{T_1\×T_2}}^2$

其中，D表示兩個(gè)波形圖的高電平總時(shí)間的相對(duì)偏差，T₁表示工作波形圖的高電平總時(shí)間，T₂表示模板波形圖的高電平總時(shí)間。

第2步，由縫紉的工序確定閾值α。

第3步，判斷相對(duì)偏差D是否在閾值α的范圍內(nèi)，若是，則視為波形匹配成功，否則，視為波形匹配失敗。

步驟6，自動(dòng)計(jì)數(shù)。

對(duì)簡(jiǎn)單情況和復(fù)雜情況的波形匹配結(jié)果自動(dòng)計(jì)數(shù)，得到自動(dòng)計(jì)數(shù)結(jié)果。

自動(dòng)計(jì)數(shù)是指，工作波形和模板波形匹配成功時(shí)，將完成工作波形的員工在模板波形對(duì)應(yīng)的工序上的工作量加1。

將自動(dòng)計(jì)數(shù)結(jié)果存入服務(wù)器中。