三维冲击记录仪及其记录方法
【技术领域】
[0001]本发明属于运输环境监控技术领域，尤其是设计一种冲击记录仪及环境参数记录方法。
【背景技术】
[0002]在对大型或者贵重设备通过公路、铁路、航空或者海运进行长距离运输时，为了保证设备在运输过程中处于稳定安全的状态中，一般在运输环境中设置冲击记录仪，冲击记录仪对行进过程中的运输环境和状态进行实时监控，实现运输过程监控和记录。但现有冲击记录仪一般只能采集运输过程中的冲击值、倾角等参数，采集数据单一，而且通过实验发现，现有冲击记录仪采样到的数据并不精确。
【发明内容】
[0003]为解决上述问题，本发明公开了一种三维冲击记录仪及其记录方法，不仅能够对加速度和倾角数据进行精确采集，还集合温湿度、气压、光照等多种数据采样，此外能够针对这些数据进行进一步运算和处理。
[0004]为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案:
一种三维冲击记录仪的记录方法，包括如下步骤:
步骤A，获取运输过程中冲击值、倾斜角度、温度和/或湿度、光照、气压采样数据；
步骤B，进行冲击值补偿和加速度补偿:
利用温度数据对冲击值进行补偿，补偿公式为:1=(1+(T-Taa )*k)* Ip，其中Taa为基准温度，k为温漂系数；
根据经过温度补偿后的加速度输出值对输出角度进行加速度补偿:计算公式分别为XangIe =tan_1 (Ximpact - ZinipaJ * 180/P I，Yangle = -tan-1 (Yimpact - ZinipaJ *180/PI，再将以上获得的经过加速度补偿后的Xangle与Yangle跟传感器的角度输出进行求平均值，得到补偿后的输出角度，其中Ximpart为X轴方向的冲击值，Yimpaet为Y轴方向的冲击值，Zimpart为Z轴方向的冲击值；
步骤C，对采样数据进行记录；
步骤D，当采样数据持续逼近或超过用户设置好的阈值或者数据波动范围过大时，发出提醒信号或进行报警。
[0005]进一步的，还包括通过环境气压值判断物体的运输类型的步骤，步骤D中阈值包括各物品在各类型运输环境下的各参数的安全阈值，当采集到的环境参数超出或持续逼近该物品相应运输环境下的安全阈值或数据波动范围过大时，进行提醒和报警。
[0006]进一步的，所述步骤A中进行采样时，当通过环境光照数据判断物体运输途中属于夜间运输时，则增大各采集模块的采样频率。
[0007]进一步的，所述步骤C中对采样数据进行记录的过程包括以下步骤:针对冲击值以及倾斜角度分别制作抽样数据样本，对温度、湿度、光照强度、气压抽取最大值最小值以及平均值。
[0008]一种三维冲击记录仪，包括控制器、冲击数据采集模块、温湿度采集模块、光照采集模块、气压采集模块、存储模块、人机交互模块、通讯模块、电源，所述控制器分别与其他部件连接，电源为各部件供电，所述冲击数据采集模块用于采集冲击值和倾角数据，所述温湿度采集模块用于采集温度和湿度数据，所述光照采集模块用于采集环境光照数据，所述气压采集模块用于采集环境气压数据，所述控制器用于记录采样数据，并根据采样数据进行冲击值补偿和加速度补偿，并判断采样数据持续逼近或超过用户设置好的阈值或者数据波动范围过大时，发出提醒信号或进行报警。
[0009]进一步的，还包括与控制器连接的输出设备。
[0010]进一步的，还包括与控制器连接的对外接口。
[0011]有益效果:
本发明提供的冲击记录仪和记录方法能够采集冲击值、角度、温湿度、气压、光照等多种运输环境数据，并能够进行冲击值补偿和加速度补偿，当运行过程中出现参数严重超标时还能够进行提醒和报警。并且，本发明突破性地对运输类型进行辨别区分，并预先设定不同物品在不同运输类型下的环境参数安全阈值，此外，还能够通过光照数据判断是夜间运输时增大采样频率，从而实现对运输环境的精细和准确监控。
【附图说明】
[0012]图1为本发明提供的冲击记录仪系统结构框图；
图2为冲击记录仪外壳结构示意图。
[0013]附图标记列表:
1-外壳，2-电源插头，3-充电接口，4-显示屏，5-SM卡座，6-按键，7-天线，8-USB接口，9-嵌入式打印机，10-触摸笔。
【具体实施方式】
[0014]以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述【具体实施方式】仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0015]加速度倾角传感器MEMS(Micro-Electro-Mechanical System,微机电系统)传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器，因其具有体积小巧、精度高、低温漂等优点，近年来获得高速发展，现已广泛用于各种领域之中，本发明采用MEMS六轴加速度倾角传感器能够显著提升冲击记录仪数据记录的精确性，并在此基础上进一步丰富了冲击记录仪的功能。
[0016]本实施例提供了一种冲击记录仪，如图1所示，该记录仪包括以下各个部件:控制器以及与控制器分别连接的冲击数据采集模块、温湿度采集模块、光照采集模块、气压采集模块、存储模块、输出设备、人机交互模块、通讯模块、对外接口、电源。其中，本例中控制器采用MSP430主控系统，功耗低，能够提高系统的集成度，控制实现记录仪中的所有运算和判断分析功能；冲击数据采集模块采用MEMS六轴加速度倾角传感器MPU6050，能够采集运输过程中的冲击值和倾角数据，冲击值即为瞬态的加速度值；温湿度采集模块采用单总线温湿度传感器AM2305，能够将运输环境中温度和湿度的数据采集集成于一体，当然，也可以采用独立的温度采集部件和湿度采集部件对温湿度数据分别进行采集；光照采集模块采用Iic光照传感器BH1750FVI，气压采集模块采用气压传感器BMP180。控制器还可连接由DS1302所构成的时间系统，作为整个系统的时钟。通讯模块优选采用采用SM卡模块，插入SIM即可通过移动通信网络接收和发送数据，为了提高数据传输稳定性能，SM卡模块优选与天线相连；对外接口一般采取USB2.0接口。存储模块采用双32M存储芯片，容量大、安全性高，用于存储控制器传来的数据。输出设备采用嵌入式打印机、一体化集成于冲击记录仪上，方便携带。人机交互模块优选采用触摸屏，结合显示和输入功能，通过人机交互模块，用户可以设置参数并读取采样输出值，本领域内技术人员也可以采用键盘和显示器等常规人机交互设备。电源向上述各个部件供电。必须说明，以上各部件的型号均为一种优选示例，不应作为本发明的限制，本领域内技术人员可以根据系统兼容性和成本需要采用能够实现同样功能的其他型号芯片或产品进行替换。
[0017]采用上述部件组合而成的记录仪外形如图2所示，记录仪优选采用金属外壳，夕卜壳I上具有电源插头2、充电接口 3、显示屏4、SM卡座5、按键6、天线7、USB接口 8、嵌入式打印机9，其余电子元件均设于外壳内。按键采用薄膜按键，触感灵敏，按键能够控制电源的通断，电源插头和充电接口提供了直接供电和蓄电池供电两种方式，由于显示屏为TFT800*480电阻式触摸屏，记录仪外壳上还固定有触摸笔10以供触摸屏操作，通过SM卡座可以插入SIM卡进行无线通讯。
[0018]进一步的，记录仪中还可与报警装置(例如声光报警器)连接，控制器判断当符合报警条件时则启动报警装置发出警报，报警装置也可集成在记录仪中。
[0019]基于上述结构的记录仪，本发明还提供了一种运输过程中环境数据的记录方法，包括如下步骤:
步骤A，在运输过程中，各传感器能够输出冲击值、倾斜角度、温度和/或湿度、光照、气压数据，控制器根据采样间隔对上述数据进行采样，采样间隔是1000Hz。MEMS六轴加速度倾角传感器MPU6050能够采集并输出运输过程中的冲击值Ip (单位g)，冲击值Ip实际上包括三个方向上的值一Ximpact (X轴方向的冲击值)、Yimpart (Y轴方向的冲击值)、Zimpact(Z轴方向的冲击值)和角度值Xangles (X轴方向的角度值)、Yangles (X轴方向的角度值)。单总线温湿度传感器AM2305能够采集并输出环境温度T (单位。C )和环境湿度，光照传感器BH1750FVI能够采集并输出采样环境光照数据，气压传感器BMP180能够采集并输出环境气压。上述传感器采样到的数据均传输至控制器MSP430中。控制器针对传感器传输的数据进行采样，在单位采样间隔内，采样多组冲击值和倾斜角度数据，分别筛选各自最大值作为冲击值采样值和倾斜角度采样值，在单位采样间隔内，采样一组温湿度，光照，气压数据作为温湿度采样值、光照采样值和气压采样值。
[0020]进一步的，本发明还可以通过环境光照数据判断物体运输途中属于白天运输或者夜间运输，例如，假设正常白天的光照亮一般大于lOOLx，则当光照亮明显小于10Lx时，可判断为夜间，本例中假设小于20Lx为夜间。考虑到物体可能在封闭环境中运输，光照传感器可裸露在运输工具厢体外，以获得更为精确的外部环境光照数据。由于夜间运输车辆少以及可视度低，驾驶人员容易疏忽，意外发生率大大增加，因此当控制器根据光照数据判别目前处于夜间运输时，会增大各采集模块的采样频率，这样做的好处是采集到的数据更为密集，在发生采样值超过安全阈值时能够迅速发出警报，此外高频率的数据采样能够使运动轨迹的还原更接近实际情况。
[0021]步骤B，控制器根据上述采集到的多种数据进行冲击值补偿和加速度补偿，具体为:
利用温度数据对冲击值进行补偿，补偿公式为:1=(1+(T-Taa )*k)* Ip，其中Taa为基准温度，取为25°c，k为温漂系数，本例中取为0.02%/°C。三个方向上的冲击值应分别代入上述公式进行补偿，得到补偿后的Ximpart、Yimpact> Zimpacto
[0022]根据经过温度补偿后的加速度输出值Ximpart、Yimpaco Zimpart以及PI (本例中取值3.14159)对输出角度进行加速度补偿，可以得到加速度补偿的角度值Xangle、Yangle,计算公式分别为 Xangle =tan 1 (Ximpact - Zimpact) *180