加速度、陀螺仪和磁场九轴传感器的空间轨迹定位系统的制作方法
【专利摘要】（1）与（2）分别是是一个三轴加速度传感器与一个三轴的陀螺仪组成的感应芯片MPU6050，（3）是一个三轴磁场计RMG144，这两个传感芯片通过I2C总线，将感应到的各个轴的加速度、加速度及磁场强度发送给主处理器（4），中央处理器（4）将这几个传感器传过来的数据进行数字滤波，使信号能够有效的抗干扰。然后将这些数据进行封包、加纠正码等操作。以便让传输过程的误码错误降到最低。将这些数据发送到无线发射模块（6）。电源模块（5）负责整个系统的供电。接收模块（7）负责接收和解码之前的数据，将其转换成计算机所能识别的信号，计算机（8）将接收到的数据，进行处理和建模，完成建立描绘空间轨迹系统的任务。
【专利说明】加速度、陀螺仪和磁场九轴传感器的空间轨迹定位系统
【技术领域】
[0001]本发明本发明涉及一种用于分析运动的定位设备，具体地说是涉及一种基于加速度、陀螺仪和磁场九轴传感器的空间轨迹定位系统。
【背景技术】
[0002]随着科学技术发展，空间定位的应用范围逐渐的从高精尖的国防工程中转移到一般的日常生活里。之前单一的依靠液浮陀螺或者加速度感应的空间定位系统，也慢慢的被MEMS设备所代替。现在民用设备中，已经有一些这类设备所建立的空间轨迹定位系统，但都是存在误差大，漂移多，价格昂贵等特点。本发明巧妙地将MEMS化的磁场传感器加入到联合定位中来，经过优化的算法，既加大的改善了系统的表现，使其能够实时准确的描绘空间的运动轨迹，又有效的控制了成本，突出了当前科技发展的成果。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是克服了现有技术中的不足，提供了一种基于加速度、陀螺仪和磁场九轴传感器的空间轨迹定位系统，能够高效的处理实时的空间定位，根据传感器所处的不同状态完成对其空间轨迹的描绘和记录。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现:
本发明要解决的技术问题是提供一种空间轨迹定位系统，通过磁场、陀螺仪和加速度传感器，能够高效的处理实时的空间定位，根据传感器所处的不同状态完成对其空间轨迹的描绘和记录。为解决上述技术问题，本发明包括如下几个部分:1与2分别是是一个三轴加速度传感器与一个三轴的陀螺仪组成的感应芯片MPU6050，3是一个三轴磁场计RMG144，这两个传感芯片通过I2C总线，将感应到的各个轴的加速度、加速度及磁场强度发送给主处理器4，中央处理器4将这几个传感器传过来的数据进行数字滤波，使信号能够有效的抗干扰。然后将这些数据进行封包、加纠正码等操作。以便让传输过程的误码错误降到最低。将这些数据发送到无线发射模块6。电源模块5负责整个系统的供电。接收模块7负责接收和解码之前的数据，将其转换成计算机所能识别的信号，计算机8将接收到的数据，进行处理和建模，完成建立描绘空间轨迹系统的任务。
[0005]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
能够非常人性化的完成许多之前设备不能完成功能，巧妙地将MEMS化的磁场传感器加入到联合定位中来，经过优化的算法，既加大的改善了系统的表现，使其能够实时准确的描绘空间的运动轨迹，又有效的控制了成本，突出了当前科技发展的成果。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1是本发明基于加速度、陀螺仪和磁场九轴传感器的空间轨迹定位系统的结构示意图图2是本发明基于加速度、陀螺仪和磁场九轴传感器的空间轨迹定位系统的流程示意图
图3是本发明基于加速度、陀螺仪和磁场九轴传感器的空间轨迹定位系统确定空间绝对位置的原理示意图。
【具体实施方式】
[0007]下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述:
如图1所示，I与2分别是是一个三轴加速度传感器与一个三轴的陀螺仪组成的感应芯片MPU6050，3是一个三轴磁场计RM G144，这两个传感芯片通过I2C总线，将感应到的各个轴的加速度、加速度及磁场强度发送给主处理器4。
[0008]如图2所示，是计算机系统8进行空间计算所需要的步骤。首先确定绝对的空间坐标系。首先开机后8确定初始状态下角速度为O的时候，各个轴的加速度值，确定这三个轴的加速度合力值及其方向。确定此时的三个轴的磁场强度值，解算出他们的合磁场大小方向。
[0009]如图3所示，以重力方向为Z轴的负方向，以磁力方向为Y轴正方向，取正交与这两个方向的唯一方向为X轴，并且以右手定理确定X轴的正方向。此时便可以摆脱芯片所处的位置，实时的确定空间所处的位置，描绘出在绝对空间中，定位芯片所移动过的位置。
[0010]完成初始化之后，中央处理器4将这几个传感器传过来的数据进行数字滤波，使信号能够有效的抗干扰。
[0011]然后将这些数据进行封包、加纠正码等操作。以便让传输过程的误码错误降到最低。
[0012]然后将这些数据发送到无线发射模块6。
[0013]电源模块5负责整个系统的供电。
[0014]接收模块7负责接收和解码，它与发射模块采用蓝牙设备或者专用的2.4G无线通?目。
[0015]计算机8根据实时的获取加速度传感器I和陀螺仪传感器2的各轴的加速度信息及加速度信息。利用如上文所描述建立的绝对坐标系，根据每个轴的加速度积分算出当前速度值，再积分算出每个轴的位移值。根据角速度值，积分算出当前的角度。然后将这些数据记录到数据库之中。
[0016]获得当前的各个轴加速度后，根据角度的变化量，实时的计算出当前的重力所应该处于的角度，再由上文初始化过程中重力的大小，分别计算重力在三个绝对坐标系上的分量，并剔除掉。
[0017]然后根据三轴磁力传感器3实时的数据，与获得的角度、速度信息比对，做两个数据的加权纠正。以确保加速度值的非线性变化及陀螺仪的零漂等误差不会再最终的数据中产生累积的误差，保证系统运行的稳定性。
[0018]完成以上的计算后，就可以实时的在空间坐标系中标定当前空间轨迹定位系统所处的三轴坐标点，也可以实时的获取它的当前速度、角度、加速度。将这些数据全部记录到中央处理器缓存中的数据库中，以备判别的程序实时调用。
[0019]之后完成姿态的演算和动作信号的判别。可以由上文的数据库中的数据判断是否完成了一系列运动，以及当前所处的状态。
[0020]本发明中涉及的未说明部份与现有技术相同或采用现有技术加以实现。
【权利要求】
1.一种基于加速度、陀螺仪和磁场九轴传感器的空间轨迹定位系统由:(I)与(2)分别是是一个三轴加速度传感器与一个三轴的陀螺仪组成的感应芯片MPU6050，(3)是一个三轴磁场计RM G144，主处理器(4)，无线发射模块(6 )，电源模块(5 )负责整个系统的供电,接收模块(7)负责接收和解码之前的数据，将其转换成计算机所能识别的信号，计算机(8)将接收到的数据，进行处理和建模，完成建立描绘空间轨迹系统的任务。
2.根据权利要求1所述的一种基于加速度、陀螺仪和磁场九轴传感器的空间轨迹定位系统，其特征是:(1) (2) (3)传感芯片通过I2C总线，将感应到的各个轴的加速度、加速度及磁场强度发送给主处理器(4)，计算机(8)根据实时的获取加速度传感器(I)和陀螺仪传感器(2)的各轴的加速度信息及加速度信息，根据每个轴的加速度积分算出当前速度值，再积分算出每个轴的位移值，根据角速度值，积分算出当前的角度，然后将这些数据记录到数据库之中，获得当前的各个轴加速度后，根据角度的变化量，实时的计算出当前的重力所应该处于的角度，再由上文初始化过程中重力的大小，分别计算重力在三个绝对坐标系上的分量，并剔除掉，然后根据三轴磁力传感器(3)实时的数据，与获得的角度、速度信息比对，做两个数据的加权纠正，以确保加速度值的非线性变化及陀螺仪的零漂等误差不会再最终的数据中产生累积的误差，保证系统运行的稳定性。
【文档编号】G01C21/00GK104515519SQ201310452478
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年9月28日 优先权日:2013年9月28日
【发明者】娄保东 申请人:南京专创知识产权服务有限公司