一种基于三轴加速度传感器的速度测量系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电子信息技术领域，涉及一种基于三轴加速度传感器的速度测量系统及方法。
【背景技术】
[0002]在描述物体的运动状态的时候，最好的一种描述方式就是物体的运动速度以及运动方向。传统的传感器都很难直接或间接的测量物体运动的速度，并且测量方式略显复杂，准确率不高。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种基于三轴加速度传感器的速度测量系统及方法，解决目前测量物体速度的测量方式复杂、准确率不高的问题。
[0004]本发明所采用的技术方案是包括ADXL335三轴加速度传感器，ADXL335三轴加速度传感器连接cc2430模块，cc2430模块通过无线方式连接无线传感网汇聚节点，无线传感网汇聚节点连接上位PC机。
[0005]进一步，将ADXL335三轴加速度传感器的三轴输出分别连接cc2430模块的PO 口的vinO，vinl, vin2三个输入端，ADXL335三轴加速度传感器周期性的采集数据；将cc2430模块的三个可编程输入输出端口中的PO 口设置为单端ADC(Analog to Digital Converter模数转换器)输入口，并设置连续自动A/D转换工作模式，转换结束后自动中断，并通过cc2430模块内置的DMA (Direct Memory Access直接内存存取)控制器存入cc2430模块内部的存储单元供程序读取；启动cc2430模块的内部定时器Timer，设置中断时间，定义时钟变量，自动增I计时，即中断一次变量值增加I个数值；cc2430模块等待无线传感网汇聚节点的循环访问，将经A/D转换后的三轴加速度数据和该加速度持续的时间发送给无线传感网汇聚节点；由无线传感网汇聚节点将收到的三轴加速度数据值和该加速度持续的时间变量值经USB接口，传给上位PC机；由上位PC机的计算程序，根据收到的三轴加速度数据值和该加速度持续的时间值，按照下式，计算获得此时的瞬时速度值:
[0006]Vt= V η+ V {(Vx(t_1)+ax.Δ t)2+ (Vy^D+ay.Δ t)2+(Vzit^1)+az.At)2)}
[0007]式中，ax=a xt_ax(l，ay= a yt_ay(l，az= a zt~az0, ax(l、ay(l、az(l分别为静止时，加速度传感器三个方向上输出的零点值；axt、ayt、azt则为加速度传感器三个方向上输出的当前值，V w、Ια-D、Vy(t_D、Vza-D分别为上一个加速度数据获取时刻计算的合速度和三个方向上的分速度，V为开根号运算。
[0008]本发明的有益效果是通过使用三轴加速度传感器，分别求得三轴方向的速度值，最终合成求得物体的实际速度值，能够快速、准确的对复杂多变的运动进行速度测量。
【附图说明】
[0009]图1是本发明硬件系统结构示意图。
[0010]图中，1.ADXL335三轴加速度传感器，2.CC2430模块，3.无线传感网汇聚节点，4.上位PC机。
【具体实施方式】
[0011]下面结合【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0012]本发明系统如图1所示，包括ADXL335三轴加速度传感器I，ADXL335三轴加速度传感器I连接cc2430模块2，cc2430模块2通过无线方式连接无线传感网汇聚节点3，无线传感网汇聚节点3连接上位PC机4。
[0013]本发明的具体工作步骤如下:
[0014](I)将ADXL335三轴加速度传感器I的三轴输出分别连接于SoC(System onChip——片上系统)cc2430模块2的PO 口的vinO，vinl，vin2三个输入端；ADXL335三轴加速度传感器I周期性的采集数据；
[0015](2)将cc2430模块2的三个可编程输入输出端口中的PO 口设置为单端ADC (Analog to Digital Converter模数转换器)输入口，并设置连续自动A/D转换工作模式，转换结束后自动中断，并通过cc2430模块2内置的DMA (Direct Memory Access直接内存存取)控制器存入cc2430模块2内部的存储单元供程序读取；
[0016](3)启动CC2430模块2的内部定时器Timer，并根据起重机运行机构的运行速度普遍均为20米/秒及以下的快慢级别，设置20ms中断一次，这样可以保证采样频率造成的取样误差小于0.04米/秒，并定义时钟变量，自动增I计时，即变量值每增加I个数值，代表经历了时长为20ms的时间；
[0017](4)cc2430模块2等待无线传感网汇聚节点3即Sink节点的循环访问，将经A/D转换后的三轴加速度数据和该加速度持续的时间发送给无线传感网汇聚节点3 ;本发明中无线传感网汇聚节点3是负责接收上位机PC的命令依按序访问的方式接收各无线加速度传感器节点数据的无线节点。
[0018](5)由无线传感网汇聚节点3将收到的三轴加速度数据值和该加速度持续的时间变量值经USB接口，传给上位PC机4 ;
[0019](6)由上位PC机4的计算程序，根据收到的三轴加速度数据值和该加速度持续的时间值，按照下式，计算获得此时的瞬时速度值:
[0020]Vt= V η+ V {(Vx(t_1)+ax.Δ t)2+ (Vy^D+ay.Δ t)2+(Vzit^1)+az.At)2)}
[0021]式中，ax=axt_ax(l，ay= ayt_ay(l，az= a zt_az。，ax(l、ay(l、az。分别为静止时，加速度传感器三个方向上输出的零点值；axt、ayt、azt则为加速度传感器三个方向上输出的当前值，V w、Ια-D、Vy(t_D、Vza-D分别为上一个加速度数据获取时刻计算的合速度和三个方向上的分速度。V为开根号运算。
[0022]本发明公开了一种基于三轴加速度传感器的速度测量方法，按照如下步骤进行:
(I)将加速度传感器ADXL335和实现了嵌入式ZigBee应用的CC2430芯片集成，通过加速度传感器周期性的采集数据；(2)将三轴方向上的加速度值在CC2430中进行A/D转换，信号调理，然后将采集数据的时间同加速度值通过无线传感器传输到上位机中进行处理；(3)利用积分变换求得物体的三轴方向实时速度值，最终合成求得物体实际的速度值。本发明能够解决目前测量物体速度的测量方式复杂、准确率不高的问题，本发明通过使用三轴加速度传感器，分别求得三轴方向的速度值，最终合成求得物体的实际速度值，能够快速、准确的对复杂多变的运动进行速度测量。
[0023]以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
【主权项】
1.一种基于三轴加速度传感器的速度测量系统，其特征在于:包括ADXL335三轴加速度传感器(1)，ADXL335三轴加速度传感器(I)连接cc2430模块(2)，cc2430模块(2)通过无线方式连接无线传感网汇聚节点(3)，无线传感网汇聚节点(3)连接上位PC机(4)。
2.按照权利要求1所述一种基于三轴加速度传感器的速度测量系统的测量方法，其特征在于:将ADXL335三轴加速度传感器⑴的三轴输出分别连接cc2430模块⑵的PO 口的vinO，vinl, vin2三个输入端，ADXL335三轴加速度传感器(I)周期性的采集数据；将cc2430模块(2)的三个可编程输入输出端口中的PO 口设置为单端ADC(Analog to DigitalConverter模数转换器)输入口，并设置连续自动A/D转换工作模式，转换结束后自动中断，并通过cc2430模块(2)内置的DMA (Direct Memory Access直接内存存取)控制器存入cc2430模块(2)内部的存储单元供程序读取；启动cc2430模块(2)的内部定时器Timer，设置中断时间，定义时钟变量，自动增I计时，即中断一次变量值增加I个数值；cc2430模块(2)等待无线传感网汇聚节点(3)的循环访问，将经A/D转换后的三轴加速度数据和该加速度持续的时间发送给无线传感网汇聚节点⑶；由无线传感网汇聚节点⑶将收到的三轴加速度数据值和该加速度持续的时间变量值经USB接口，传给上位PC机(4);由上位PC机(4)的计算程序，根据收到的三轴加速度数据值和该加速度持续的时间值，按照下式，计算获得此时的瞬时速度值:Vt= V H+ V {(vx(t_1)+ax.Δ t)2+(vy(t_1)+ay.Δ t)2+(Vzit^1)+az.At)2)}式中，ax= axt-ax(l，ay= a yt~ay0, az= a zt-az(l，ax(l、ay(l、az(l分别为静止时，加速度传感器二个方向上输出的零点值；axt、ayt、azt则为加速度传感器三个方向上输出的当前值，V w、Vx α_1}、Vya-D Jza-D分别为上一个加速度数据获取时刻计算的合速度和三个方向上的分速度，V为开根号运算。
【专利摘要】本发明公开了一种基于三轴加速度传感器的速度测量系统及方法，包括ADXL335三轴加速度传感器，ADXL335三轴加速度传感器连接cc2430模块，cc2430模块通过无线方式连接无线传感网汇聚节点，无线传感网汇聚节点连接上位PC机。本发明的有益效果是通过使用三轴加速度传感器，分别求得三轴方向的速度值，最终合成求得物体的实际速度值，能够快速、准确的对复杂多变的运动进行速度测量。
【IPC分类】G01P3-00
【公开号】CN104749391
【申请号】CN201510125569
【发明人】李向东, 原徐成
【申请人】江苏省特种设备安全监督检验研究院
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年3月20日