[發(fā)明專利]一種基于物體運動加速的變色顯示裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010395027.0
• 申請日: 2020-05-12
• 公開（公告）號: CN113654547A
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發(fā)明（設計）人: 張火明;丁正旺;陸萍藍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國計量大學
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明裝置是一種根據(jù)物體的加速度來顯示其運動姿態(tài)的變色顯示裝置，屬于檢測技術領域。其結(jié)構(gòu)主要由單片機控制模塊(1)，姿態(tài)檢測傳感器模塊(2)，液晶顯示模塊(3)，幾何載體包含了發(fā)光二極管和傳感(4)，電源模塊(5)組成。所述裝置的設計是基于單片機為控制核心，通過傳感器對物體運動姿態(tài)進行檢查，得到其加速度等姿態(tài)信息，經(jīng)處理后將數(shù)據(jù)傳送給單片機。單片機系統(tǒng)處理后，控制二極管顯示出傳感器的載體運動加速度大小、方向相關的不同顏色。同時在顯示屏上實時顯示出加速度大小等信息。通過顯示屏可以顯示出各種字體的文字或單色圖像。單片機通過控制74HC573芯片行列掃描，能夠在屏幕上顯示圖像、文字。這就是該裝置的實用意義。

技術領域

本發(fā)明裝置是一種根據(jù)物體的加速度來顯示其運動姿態(tài)的變色顯示裝置，具體是一種利用多軸傳感器采集運動姿態(tài)信息，與單片機控制進行串口通信以及數(shù)據(jù)處理來實時顯示，并且可以通過RGB發(fā)光二極管的顏色變化來展現(xiàn)出物體的運動方向的顯示裝置。屬于檢測技術領域。

背景技術

隨著科技的不斷發(fā)展，對于運動控制的精度要求也在不斷提高，運動的控制主要是通過物體姿態(tài)檢測獲取姿態(tài)信息，物體的姿態(tài)檢測也成為獲取姿態(tài)信息以及實現(xiàn)精確運動控制的前提條件。加速度姿態(tài)變色顯示裝置的設計是基于MPU9250多軸姿態(tài)傳感器模塊和單片機，用于物體運動的加速度和速度的顯示一個變色顯示裝置。

機械陀螺儀、光纖陀螺儀等高精度慣性導航傳感器價格昂貴、體積龐大。因此，在大多數(shù)應用中，使用MEMS技術制造的陀螺儀、加速度計、電子羅盤等傳感器進行姿態(tài)檢測。但是，單傳感器的姿態(tài)檢測容易受到慣性器件漂移和累積誤差的影響，導致測量精度下降。此外，如果采用獨立加速度計、陀螺儀等多傳感器進行姿態(tài)檢測，存在著多芯片占用空間大、姿態(tài)數(shù)據(jù)軸間誤差大、數(shù)據(jù)融合精度低等缺點。因此，采用多傳感器姿態(tài)檢測和數(shù)據(jù)融合算法來提高姿態(tài)檢測的精度成為研究熱點。因此，本裝置基于9軸姿態(tài)檢測傳感器MPU9250，設計了以單片機開發(fā)板為處理核心的姿態(tài)檢測系統(tǒng)，物體的運動是由陀螺儀角速度測量,然后計算的角度，利用加速度計和電子羅盤分別對加速度、地磁場進行測量，測量這兩個無關的三維矢量來校準陀螺儀測量解算的值。

發(fā)明內(nèi)容

本裝置意在當需要對物體運動姿態(tài)檢測時，可用該裝置進行大致的運動姿態(tài)檢測來獲取物體運動信息。所述裝置的設計是基于單片機系統(tǒng)為核心的控制平臺，通過多軸姿態(tài)傳感器模塊對物體運動姿態(tài)進行檢查，得到其加速度以及偏向角、俯仰角、翻滾角等姿態(tài)信多軸姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)采集后采用卡爾曼濾波先對數(shù)據(jù)進行整合，經(jīng)處理后將數(shù)據(jù)傳送給單片機控制中心。控制中心對姿態(tài)信息進行采集處理后，控制 RGB發(fā)光二極管顯示出裝有多軸姿態(tài)傳感器的幾何載體的運動加速度大小、方向相關的不同顏色顯示。同時也可在液晶顯示屏上實時顯示出傳感器加速度大小以及姿態(tài)信息。通過顯示屏可以顯示出各種字體的文字或單色圖像。單片機通過控制74HC573芯片行列掃描，能夠在液晶顯示屏上顯示圖像、文字。這就是該裝置的實用意義。

本發(fā)明采用的單片機是STM32系列，為使其能夠穩(wěn)步運行，利用miniUSB口供電。為達到顯示效果，與之連接的是液晶顯示屏來顯示采集處理的各種數(shù)據(jù)信息，能夠直觀反映所需要的內(nèi)容。

本發(fā)明采用的傳感器為9軸姿態(tài)檢測傳感器MPU9250，是全球第一個把9軸集成于一體的數(shù)字傳感器。與之前的傳感器相比較，很大程度上縮小了傳感器的體積，且降低了系統(tǒng)的功耗，最重要的是解決了多個傳感器組合使用的軸間差問題。

本發(fā)明采用的顯示燈為RGB二極管，采用多個二極管置于不同的方向，向不同方向運動時，該方向的二極管燈亮，并且根據(jù)計算處理得到的加速度大小顯示不同的顏色。

本發(fā)明為了能更加直觀的顯示出運動方向，外加一個幾何載體模型，將二極管放置在幾何體模型的各個面上，將多軸姿態(tài)傳感器放置于幾何載體內(nèi)部，當裝置朝著某個方向運動時，該幾何面上的發(fā)光二極管就會根據(jù)其運動狀態(tài)來顯示對應的顏色。