[發(fā)明專利]物流環(huán)境下產(chǎn)品的多種運(yùn)動參數(shù)測量裝置及測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410476491.7
• 申請日: 2014-09-17
• 公開（公告）號: CN104215278B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方科;王暢田;王志偉;盧立志
• 申請（專利權(quán)）人: 暨南大學(xué)
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;G08C17/02;H04L29/06
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司44245
• 代理人: 陳燕嫻,李斌

1.物流環(huán)境下產(chǎn)品的多種運(yùn)動參數(shù)測量裝置，其特征在于，包括主體裝置和同步授時裝置；所述主體裝置包括微處理器，以及均與微處理器連接的感應(yīng)單元、實(shí)時時鐘單元、數(shù)據(jù)存儲單元、電源管理單元、復(fù)位單元、無線射頻收發(fā)接口和同步授時接口；所述主體裝置通過同步授時接口與同步授時裝置連接；裝置使用前，同步授時裝置對裝置主體部分的實(shí)時時鐘單元進(jìn)行時間同步，微處理器通過感應(yīng)單元測量各種運(yùn)動參數(shù)和磁場方向，通過姿態(tài)融合算法，得到產(chǎn)品實(shí)時姿態(tài)；通過數(shù)據(jù)存儲單元把產(chǎn)品的運(yùn)動參數(shù)、物流環(huán)境氣壓值、磁場方向、溫度和測量的當(dāng)前時刻存儲起來，電源管理單元給主體裝置供電，無線射頻收發(fā)模塊提供無線擴(kuò)展接口。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物流環(huán)境下產(chǎn)品的多種運(yùn)動參數(shù)測量裝置，其特征在于，所述感應(yīng)單元包括三軸加速度采樣電路、三軸磁場方向采樣電路、氣壓采樣電路以及三軸角速度采樣電路，所述三軸加速度采樣電路、三軸磁場方向采樣電路、氣壓采樣電路以及三軸角速度采樣電路均與微處理器連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的物流環(huán)境下產(chǎn)品的多種運(yùn)動參數(shù)測量裝置，其特征在于，所述感應(yīng)單元通過I²C通信協(xié)議與微處理器進(jìn)行通信。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物流環(huán)境下產(chǎn)品的多種運(yùn)動參數(shù)測量裝置，其特征在于，所述電源管理單元是由電壓轉(zhuǎn)換電路、穩(wěn)壓電路組成，電源管理單元一端連接可移動可充電電源，另一端連接所述的主體裝置，為主體裝置提供能源。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物流環(huán)境下產(chǎn)品的多種運(yùn)動參數(shù)測量裝置，其特征在于，所述無線射頻收發(fā)接口包括2.4G射頻單片機(jī)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物流環(huán)境下產(chǎn)品的多種運(yùn)動參數(shù)測量裝置，其特征在于，還包括用于向外傳輸運(yùn)動參數(shù)并將越限報警信號傳輸給其他設(shè)備的RFID接口電路。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的物流環(huán)境下產(chǎn)品的多種運(yùn)動參數(shù)測量裝置的測量方法，其特征在于，包括下述步驟：

1)同步授時裝置獲取北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的時間信息，當(dāng)獲取時間正常時，通過發(fā)光二極管常亮顯示；

2)主體裝置通過同步授時接口與同步授時裝置相連，接收當(dāng)前的時間信息，并寫入到實(shí)時時鐘單元，此時實(shí)時時鐘單元可以自主完成計(jì)時功能，可以斷開主體裝置與同步授時裝置的連接；

3)主體裝置內(nèi)的微處理器按照設(shè)定的速度采集感應(yīng)單元內(nèi)三軸加速度、三軸角速度和三軸磁場方向的數(shù)據(jù)，通過姿態(tài)融合算法，得到產(chǎn)品實(shí)時姿態(tài)，同時還可以測量物流環(huán)境氣壓值、溫度；并將上述數(shù)據(jù)連同當(dāng)前時刻寫入數(shù)據(jù)存儲單元；

4)主體裝置內(nèi)的微處理器對每秒內(nèi)測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到各類別測量數(shù)據(jù)的最大值、最小值、平均值、有效值；并通過無線射頻收發(fā)接口發(fā)送這些數(shù)據(jù)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的物流環(huán)境下產(chǎn)品的多種運(yùn)動參數(shù)測量裝置的測量方法，步驟3)中，通過姿態(tài)融合算法，得到產(chǎn)品實(shí)時姿態(tài)的步驟為：

(3-1)對I²C接口電路、傳感器單元進(jìn)行初始化，初始化陀螺儀偏差w1、w2、w3；四元數(shù)q0、q1、q2、q3；

(3-2)讀取三軸加速度ax、ay、az，三軸陀螺儀gx、gy、gz，三軸磁力計(jì)mx、my、mz的當(dāng)前值；

(3-3)根據(jù)偏差，修正gx、gy、gz，gxgygz=gxgygz-w1w2w3;]]>

更新四元數(shù)q0q1q2q3=q0q1q2q3+-q1-q2-q3q0-q3q2q3q0-q1-q2q1q0*gxgygz*Δt;]]>

(3-4)采用卡爾曼濾波算法進(jìn)行姿態(tài)更新；

初始化測量矩陣H、誤差協(xié)方差矩陣P、測量噪聲協(xié)方差矩陣R，則卡爾曼濾波器的增益為K＝PH^T(HPH^T+R)^-1，

則由得到準(zhǔn)確的q0、q1、q2、q3；

其中為狀態(tài)向量，為測量向量，為測量狀態(tài)向量的預(yù)測值；

(3-5)更新姿態(tài)角；

θ_yaw＝-atan2(2*q1*q2+2*q0*q3,-2*q2*q2-2*q3*q3+1)

θ_pitch＝-asin(-2q1*q3+2*q0*q2)

θ_roll＝atan2(2*q2*q3+2*q0*q1,-2q1*q1-2q2*q2+1)

返回(3-2)重復(fù)執(zhí)行。