基于手机的测距方法及其手机与流程

本发明属于测距技术领域，尤其是涉及一种基于手机的测距方法及其手机。

背景技术：

长度测量工具主要有千分尺、游标卡尺、立式测长仪、光学测微仪等，这些工具的精度较高，但是随身携带不便。对于精度要求不高的长度测量场合，没有必要使用上述专业的长度测量工具。而手机几乎已经成为人们随身携带的必需品，利用手机来测距离方便快捷。现有的一种方法是利用手机中的陀螺仪计算出手机与终点连线和竖直直线之间的角度,再利用自身身高计算出手机所处的高度，最后利用三角函数计算出手机与终点之间的水平距离或者直线距离。但是该方法无法测出某个物体的具体长度或者曲线长度，应用范围有限。

为了解决现有技术存在的问题，人们进行了长期的探索，提出了各式各样的解决方案。例如，中国专利文献公开了一种手机测距系统[申请号：201210290112.6]，包括照相镜头、ccd、ccd位移驱动器、图像分析模块、计算模块；该系统的运行机制包括如下步骤：一、开启照相镜头；二、确定主对焦点；三、自动对焦，并输出像距；四、根据所述计算模块根据像距、镜头焦距，计算物体距离。

再如，一种利用声波进行距离测量的手机装置及其距离测量方法[申请号：200510126252.x]，该装置包括：主动测距手机及其第一喇叭、第一麦克与被动配合手机及其第二喇叭、第二麦克，设置于主动测距手机上的第一测距模块，设置于被动配合手机上的第二测距模块；第一喇叭与第二麦克相对放置，第一麦克与第二喇叭相对放置；第一测距模块，用于在测距计时开始时读取系统时间ts1，并在第一麦克接收到第二频率的声波、测距计时结束后，读取系统时间ts2，并根据记录的t1、t2、t3计算两点间距离d；第二测距模块，用于打开第二麦克监听第一频率的声波，并在第二麦克接收到第一频率的声波后，使第二喇叭发出第二频率的声波。

上述两个方案虽然在一定程度上解决了长度测量工具随身携带不方便的问题，但是前者只能测量出手机与物体之间的水平距离，后者只能测量出两个手机之间的直线距离，而且，这两者无法测量某个物体的具体长度或者曲线长度，也无法测量手机的移动距离，应用范围有限。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述问题，提供一种操作简单，能够测量被测物体长度的基于手机的测距方法。

本发明的另一目的是针对上述问题，提供一种硬件架构简单，能够测量被测物体长度的基于手机的测距方法的手机。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

基于手机的测距方法，包括以下步骤：

s1：向输入模块输入开始测量信号；

s2：中央处理器每隔一间隔时间接收一次加速度传感器信号并计算手机在经过时间内的x轴总位移分量和/或y轴总位移分量和/或z轴总位移分量；

s3：向输入模块输入结束测量信号；

s4：所述的中央处理器计算手机的最终位移并输出至显示模块显示。

在上述的基于手机的测距方法中，所述的步骤s2包括以下步骤：

s21：所述的中央处理器获取加速度传感器采集到的手机在二维xy坐标系中的x轴加速度分量和y轴加速度分量；

s22：所述的中央处理器计算手机在间隔时间内在二维xy坐标系中的x轴速度分量和y轴速度分量；

s23：所述的中央处理器计算手机在经过时间内在二维xy坐标系中的x轴总位移分量和y轴总位移分量；

s24：所述的中央处理器等待从步骤s21开始经过间隔时间后跳转至步骤s21。

在上述的基于手机的测距方法中，在步骤s22中，手机在第m个间隔时间内在二维xy坐标系中的x轴速度分量和y轴速度分量均为公式①，即：

其中，an为中央处理器第n次获取的加速度传感器采集到的手机的x轴加速度分量或者y轴加速度分量，δt为间隔时间。

在上述的基于手机的测距方法中，在步骤s22中，手机在第m个间隔时间内在二维xy坐标系中的x轴速度分量和y轴速度分量均为公式②，即：

vm＝vm-1+amδt②；

在上述的基于手机的测距方法中，在步骤s23中，手机在经过时间内在二维xy坐标系中的x轴总位移分量和y轴总位移分量均为公式③，即：

其中，t为经过时间。

在上述的基于手机的测距方法中，在步骤s23中，手机在经过时间内在二维xy坐标系中的x轴总位移分量和y轴总位移分量均为公式④，即：

s(t)＝s(t-1)+vn-1δt+an(δt)²/2④。

在上述的基于手机的测距方法中，在步骤s4中，手机的最终位移为公式⑤，即：

其中，sx(t)为手机在经过时间内在二维xy坐标系中的x轴总位移分量，sy(t)为手机在经过时间内在二维xy坐标系中的y轴总位移分量。

在上述的基于手机的测距方法中，所述的间隔时间为0.01s。

在上述的基于手机的测距方法中，在步骤s2中，所述的中央处理器还能够获取加速度传感器采集到的手机的z轴加速度分量且通过公式①和公式③计算得到手机的z轴总位移分量，z轴与x轴和y轴构成xyz三维坐标系；在步骤s4中，手机的最终位移为公式⑥，即：

其中，sx(t)为手机在经过时间内在三维xyz坐标系中的x轴总位移分量，sy(t)为手机在经过时间内在三维xyz坐标系中的y轴总位移分量，sz(t)为手机在经过时间内在三维xyz坐标系中的z轴总位移分量。

本发明基于上述基于手机的测距方法的手机如下所述：

本手机包括中央处理器，所述的中央处理器分别与加速度传感器、输入模块、显示模块和数据存储模块相连，所述的加速度传感器的采样周期小于或等于间隔时间；

其中，中央处理器用于处理包括手机加速度在内的各种数据；

加速度传感器用于采集手机加速度；

输入模块用于输入开始测量信号和结束测量信号；

显示模块用于显示手机的最终位移；

数据存储模块用于存储包括手机加速度在内的各种数据。

本发明利用手机移动实现测距，操作简单，手机一般随身携带，用来测距快捷方便，不受时间和地点的限制，能够测量直线距离、水平距离、竖直距离和曲线长度，应用范围广。

本发明硬件框架简单，自动化程度高，中央处理器通过加速度传感器采集的手机加速度就能计算出手机的位移，仅仅需要一个手机，不需要外接设备，携带方便。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构框图。

图2为本发明实施例一能够测量的位于平面上的曲线示意图。

图3为本发明实施例二能够测量的位于不平整平面上的曲线示意图。

图中，中央处理器1、加速度传感器2、输入模块3、显示模块4、数据存储模块5。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明，但本发明不限于这些实施例。

实施例一

本实施例用于通过手机移动来测量位于某一平面上的直线段或者曲线段的长度。

如图1所示，本基于手机的测距方法的手机，本手机优选为智能手机，其包括中央处理器1，中央处理器1分别与加速度传感器2、输入模块3、显示模块4和数据存储模块5相连，加速度传感器2的采样周期小于或等于间隔时间；

其中，中央处理器1用于处理包括手机加速度在内的各种数据；

加速度传感器2用于采集手机加速度；

输入模块3用于输入开始测量信号和结束测量信号，输入模块3可以是按键、触摸屏等；

显示模块4用于显示手机的最终位移，显示模块4可以是显示屏、触摸屏等；

数据存储模块5用于存储包括手机加速度在内的各种数据，数据存储模块5可以是手机内置存储器、外置sd卡等。

加速度传感器2可以为二轴加速度传感器2或者三轴加速度传感器2，使用三轴加速度传感器2测量位于某一平面上的直线段或者曲线段的长度时，得到的手机在三维xyz坐标系中的x轴加速度分量、y轴加速度分量和z轴加速度分量中的其中一个为零；市面上手机的二轴加速度传感器2基本以手机正面的宽度方向和长度方向为二维xy坐标系中x轴方向和y轴方向，市面上手机的三轴加速度传感器2基本以手机正面的宽度方向、长度方向和与手机正面垂直的高度方向为三维xyz坐标系中x轴方向、y轴方向和z轴方向。

上述基于手机的测距方法的手机的硬件框架简单，自动化程度高，中央处理器1通过加速度传感器2采集的手机加速度就能计算出手机的位移，仅仅需要一个手机，不需要外接设备，携带方便。

在本实施例中，基于手机的测距方法，包括以下步骤：

s1：向输入模块3输入开始测量信号；

s2：中央处理器1每隔一间隔时间接收一次加速度传感器2信号并计算手机在经过时间内的x轴总位移分量和/或y轴总位移分量和/或z轴总位移分量；

s3：向输入模块3输入结束测量信号；

s4：中央处理器1计算手机的最终位移并输出至显示模块4显示。

具体地，步骤s2包括以下步骤：

s21：中央处理器1获取加速度传感器2采集到的手机在二维xy坐标系中的x轴加速度分量和y轴加速度分量；

s22：中央处理器1计算手机在间隔时间内在二维xy坐标系中的x轴速度分量和y轴速度分量；

s23：中央处理器1计算手机在经过时间内在二维xy坐标系中的x轴总位移分量和y轴总位移分量；

s24：中央处理器1等待从步骤s21开始经过间隔时间后跳转至步骤s21。

优选地，在步骤s22中，手机在第m个间隔时间内在二维xy坐标系中的x轴速度分量和y轴速度分量均为公式①，即：

其中，an为中央处理器1第n次获取的加速度传感器2采集到的手机的x轴加速度分量或者y轴加速度分量，δt为间隔时间。

公式①的原理为将一段变加速运动按照间隔时间δt划分成m段变加速运动，根据微积分原理，当间隔时间δt足够小时，可以认为每一段的加速度近似不变，即为匀加速直线运动。

当间隔时间δt≥1s时会严重影响到测量精度，若此时还将每一段运动视为匀加速直线运动，误差将会很大；同时，根据调研，市面上的加速度传感器2的采样频率基本上都能达到100hz，采样周期的定义是两次采样之间的间隔时间，采样周期是采样频率的倒数，因此市面上的加速度传感器2的采样周期基本上能达到0.01s，也就是每0.01s采集一次加速度的值。

一方面为了满足匀加速直线运动的近似要求，另一方面考虑到现实中的某些加速度传感器2最快只能每0.01s采集一次加速度的值，取间隔时间δt＝0.01s兼顾了两者的要求。但是也不能排除间隔时间δt的其他取值。当然如果间隔时间δt能够根据加速度传感器2的具体采样频率或者所需精度进行智能设置则是更优选项，间隔时间δt如果能够进行手动设置也是较优的选项。

优选地，在步骤s23中，根据匀加速直线运动公式，手机在经过时间内在二维xy坐标系中的x轴总位移分量和y轴总位移分量均为公式③，即：

其中，t为经过时间。

在步骤s4中，根据矢量合成法则，手机的最终位移为公式⑤，即：

其中，sx(t)为手机在经过时间内在二维xy坐标系中的x轴总位移分量，sy(t)为手机在经过时间内在二维xy坐标系中的y轴总位移分量。

上述基于手机的测距方法的利用手机移动实现测距，操作简单，手机一般随身携带，用来测距快捷方便，不受时间和地点的限制，不仅能计算出直线距离、水平距离和竖直距离，还能计算出如图2所示的曲线长度，应用范围广。

在本实施例中，用户使用基于手机的测距方法包括以下步骤：

a1：将手机放置于待测线段的一端；

a2：向输入模块3输入开始测量信号；

a3：将手机沿待测线段移动，直至移动到待测线段的另一端；

a4：向输入模块3输入结束测量信号。

优选地，在步骤a1中，将手机平放在待测线段所处的平面上，为了便于观察和提高测量精度，将手机的一条边线或一个边角点与待测线段的一端重合。

优选地，在步骤a3中，认准手机与待测线段的一端的重合点，使该重合点沿待测线段移动，在移动过程中保持手机不发生转动能够提高测量精度。

实施例二

本实施例的结构、原理以及实施步骤与实施例一类似，不同的地方在于：

在步骤s22中，手机在第m个间隔时间内在二维xy坐标系中的x轴速度分量和y轴速度分量均为公式②，即：

vm＝vm-1+amδt②；

本基于手机的测距方法在计算手机在第m个间隔时间内在二维xy坐标系中的x轴速度分量和y轴速度分量时利用了上一次的计算结果vm-1，不需要重复计算，简化了计算过程，节约了中央处理器1运算资源。

实施例三

本实施例的结构、原理以及实施步骤与实施例一或二类似，不同的地方在于：

在步骤s23中，手机在经过时间内在二维xy坐标系中的x轴总位移分量和y轴总位移分量均为公式④，即：

s(t)＝s(t-1)+vn-1δt+an(δt)²/2④。

本基于手机的测距方法在计算手机在经过时间内在二维xy坐标系中的x轴总位移分量和y轴总位移分量时利用了上一次的计算结果s(t-1)，不需要重复计算，简化了计算过程，节约了中央处理器1运算资源。

实施例四

本实施例的结构、原理以及实施步骤与实施例一或二或三类似，不同的地方在于：

本实施例用于通过手机移动来测量位于某一不平整平面上的直线段或者曲线段的长度，即能够测量三维空间中的直线段或者曲线段的长度。

在基于手机的测距方法的手机中，加速度传感器2不能再选用二轴加速度传感器2，而只能选用三轴加速度传感器2，从而将应用范围扩展至三维空间的长度测量，不仅能计算出直线距离，还能计算出如图3所示的曲线长度。

在基于手机的测距方法的步骤s2中，中央处理器1还能够获取加速度传感器2采集到的手机的z轴加速度分量且通过公式①和公式③计算得到手机的z轴总位移分量，z轴与x轴和y轴构成xyz三维坐标系；在步骤s4中，根据矢量合成法则，手机的最终位移为公式⑥，即：

其中，sx(t)为手机在经过时间内在三维xyz坐标系中的x轴总位移分量，sy(t)为手机在经过时间内在三维xyz坐标系中的y轴总位移分量，sz(t)为手机在经过时间内在三维xyz坐标系中的z轴总位移分量。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了中央处理器1、加速度传感器2、输入模块3、显示模块4、数据存储模块5等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。