基于单轴陀螺仪的平面定位方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及导航和定位技术领域，尤其涉及针对平面坐标定位的一种基于单轴陀螺仪的定位方法。
【背景技术】
[0002]陀螺仪是一种测量角速度的传感器，已应用到很多领域，如导航，制导和稳定性的控制。陀螺仪有三轴陀螺仪，两轴陀螺仪和单轴陀螺仪，轴数越少，越容易制作，成本越低，体积越小。轴数越少，需要处理的数据越少，减轻微处理器工作量，从而有利于降低功耗，特别适合应用在一些小型，便携式，可移动的手持设备中。同时，陀螺仪的数据容易受温度等环境因素影响，数据精确度不高，且误差会累积。因此，研究基于单轴陀螺仪的数据处理技术有其必要性，并具有较大的价值和应用前景。
[0003]平面定位是具有平面显示功能的电子设备的智能控制需求。例如，智能电视的控制，功能菜单显示在电视屏上的不同区域，遥控器需要输入位置信息，定位功能菜单的功能区域，从而选择各种功能。位置信息与电视屏的关系就是一种平面定位。另外，例如光标在电脑显示屏上的移动也是一种平面定位。因此，平面定位在生活和生产中有着非常重要的应用。目前的平面定位有多种方式，比如触摸屏定位，光电定位等，但是这些方法，需要复杂的设备支持，并且要在特定场所或者特殊的映射平面上进行。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种基于单轴陀螺仪的平面定位方法，利用单轴陀螺仪实现平面定位，成本低，操作方便。
[0005]本发明的目的是这样实现的:
[0006]一种基于单轴陀螺仪的平面定位方法，该方法包括如下步骤:
[0007](I)单轴陀螺仪的数据采集；
[0008](2)根据单轴陀螺仪所采集的数据进行模式的选择，其中，包括快速模式和慢速模式；
[0009](3)针对不同的模式，采用不同的定位方式
[0010](3.1)在快速模式下，采用极坐标方式定位；
[0011](3.2)在慢速模式下，采用X或y轴累加定位；
[0012](4)根据停止条件判断单轴陀螺仪是否处于停止模式。
[0013]所述步骤(I)单轴陀螺仪的数据采集是:利用单轴陀螺仪的数据进行积分计算得到角度；陀螺仪角度计算公式:
[0014]angle (n) = angle (n_l)+gyro (n) *dt
[0015]式中angle (η)为陀螺仪采样到第η次的角度值；angle (η-1)为陀螺仪第η_1次采样时的角度值；gyro(n)为陀螺仪的第η次采样得到的瞬时角速率值；dt为一次采样间隔时间；n次积分后得到的值即为角度Θ。
[0016]所述步骤(2)根据单轴陀螺仪的数据进行模式的选择是:对于所得到的角度Θ进行微分计算，得到角速度《，将ω和阈值角速度ω?进行比较；当ω大于ω?时，则进入到快速模式下；当ω小于ω I时，则进入到慢速模式下。
[0017]所述步骤(3.1)在快速模式下，采用极坐标方式定位是:按(P，Θ )进行定位操作，由步骤⑵得到角度Θ ;然后根据公式P (η) = P (n-l)+al*co计算得到位移矢量P ;其中al为比例系数，P (η)为采样第η次的位移矢量，P (η-1)为采样第η_1次的位移矢量；定位点坐标(x，y)，其中x=P *cos( Θ )和y = P *sin( Θ );定位时先确定Θ，然后在位移矢量P方向上移动，到达目标位置。
[0018]所述步骤(3.2)在慢速模式下，采用X或y轴累加定位是:通过得到的角速度ω，由公式X (n) = x(n_l)+a2*co ；y (n) =y(n_l)+a3*co得到χ轴和y轴累加定位点坐标(x(n)，y (η));其中χ(η)为采样第η次的横坐标的数值，x(n-l)为采样第n_l次的横坐标的数值，y(n)为采样第η次的纵坐标的数值，y(n-l)为采样第n_l次的纵坐标的数值，a2和a3为比例系数；定位时先在χ轴方向上移动，然后在y轴方向上移动，到达目标位置。
[0019]所述步骤(4)根据停止条件判断单轴陀螺仪是否处于停止模式是:所述的停止条件为角速度ω小于阈值《2 ;阈值ω 2设置在数值O附近，当角速度ω小于阈值ω2，判断单轴陀螺仪处于停止模式；单轴陀螺仪停止工作后，进行P和Θ切换，χ轴和y轴切换或定位结束。
[0020]本发明使用的设备简单，操作方便，成本低。通过数值处理，避免了陀螺仪精度不高、误差积累等问题，可靠性高。而且单轴陀螺仪有利于降低功率，因此特别适合应用在一些小型、便携式、可移动的手持设备中。
【附图说明】
[0021]图1为本发明的流程图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图及实施例对本发明进行详细描述。
[0023]实施例1
[0024]本发明所述的基于单轴陀螺仪的平面定位方法可以应用在智能电视的控制，具体实施步骤如下:
[0025]将智能电视的显示屏设定为平面坐标系，左下角为原点，左侧纵轴为y轴，下侧横轴为χ轴。显示屏包含1920x1080个像素点，所以最大坐标为(1920，1080)。智能电视的功能菜单显示在左侧上方，如功能菜单一，二，三，四，菜单一的坐标范围:左下(5，5)，右上(55，55);菜单二的坐标范围:左下(105，5)，右上(155,55);菜单三的坐标范围:左下(105，105)，右上(155,155);菜单四的坐标范围:左下(5，155)，右上(55,155)。智能电视的控制需要在菜单一到菜单四之间任意移动，从而实现功能菜单选择。利用本发明定位方法可以实现这一目的。
[0026]假设需要实现菜单一到菜单三的移动。选取菜单一所属区域的一点为初始点，即光标初始位置；选取菜单三所属区域的一点为最终点，即光标最后位置。采集单轴陀螺仪的数据，根据角度计算公式angle (n) = angle (n_l)+gyro (n) *dt进行角度的计算。
[0027]单轴陀螺仪快速转动，可以采集到η个不同的gyro值，选择η = 300，dt = 0.005s,计算出angle (η) =57°，即θ =57°，再对其进行微分计算，ω = Θ / (n*dt) = 0.67rad/S。设定角速度阈值ω?为0.5rad/s，此时ω大于角速度阈值，S卩进入快速模式。角速度阈值ω?可以根据采集多人转动单轴陀螺仪的数据来设定，也可根据个人转动单轴陀螺仪的习惯来设定。
[0028]快速模式下，转动陀螺仪，确定角度Θ。根据上述公式算出角度Θ，角度Θ为原点与光标连线与χ轴夹角。根据人眼反馈出角度Θ是否与终点与原点连线与χ轴夹角一致，如果角度不一致，则需要继续转动陀螺仪，直到角度一致；如果角度一致，则停止转动陀螺仪。停止转动后，由于ω小于ω2，进入停止模式。
[0029]转