一种运动状态检测装置、方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种运动状态检测装置、方法及系统。该装置包括：重力传感器，用于感测加速度，输出加速度的X、Y、Z轴分量；磁力计，用于感测磁场强度，输出磁场强度的X、Y、Z轴分量；处理器，用于采集重力传感器的三轴分量和磁力计的三轴分量，对其进行处理以识别运动状态；以及无线模块，用于发送所识别的运动状态信息。本发明通过处理器对重力传感器和磁力计输出的数据进行处理以适配运动模型的特征值来判断被测物体的运动状态，从而实现了对被测物体的运动状态的准确识别。
【专利说明】
一种运动状态检测装置、方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及程序控制领域，更具体地，涉及一种运动状态检测装置、方法及系统。
【背景技术】
[0002] 目前市面上用于家庭门窗安防的运动检测装置主要是门磁，其组成部分主要是固 定磁铁、干簧管和发射器。这种门磁的工作原理是将固定磁铁安装在门上，干簧管及发射器 安装在门框上，在开门和关门时固定磁铁打开干簧管或者闭合干簧管从而实现门的开关动 作检测，进一步实现报警等功能。
[0003]目前市面上另一种常见的运动检测装置主要由红外接收器、发射器和报警信号发 射器组成。其工作原理是发射器端发射红外信号，接收器端接收红外信号，通过判断接收器 端是否接收到红外信号来区分开和关两个状态，并将报警信息发送到接收终端。
[0004] 目前市面上还有一种运动检测装置主要是由红外栅栏、报警信号发射器组成。其 工作原理是一端发射红外信号，另一端接收红外信号，行成一组栅栏光路。当有人或者物体 阻挡红外光路时，发送报警信息到接收终端。
[0005] 发明人发现，上述运动检测装置都存在以下问题:从结构上来说，这种分为两个部 件的运动检测装置体积比较大，并且两个部件需要安装在同一水平线上以使发射部分与接 收部分对准;从功能上来说，只能检测开和关两个状态，可检测场景和可检测状态单一，无 法检测其他复杂的运动状态，如检测贵重物品是否被移动、笔记本是否被打开等。
【发明内容】
[0006] 本发明提出了一种运动状态检测装置、状态和系统，通过对重力传感器和磁力计 所检测的数据进行处理来实现对被测物体的复杂运动检测。
[0007] 根据本发明的一方面，提出了一种运动状态检测装置。该装置可以包括:重力传感 器，用于感测加速度，输出加速度的Χ、γ、ζ轴分量a x，ay，az;磁力计，用于感测磁场强度，输出 磁场强度的X、Y、Z轴分量m x，my，mz;处理器，用于采集3\，3丫，32和11^，1%，1]1 2，对采集的3\，3丫，已2 和mx，my，mz进行处理以识别运动状态；以及无线模块，用于发送所识别的运动状态信息。其 中，所述识别运动状态的步骤包括:步骤1:对采集的至少一组(a x，ay，az，mx，1%，mz)进行加权 平均;步骤2:求取采集的另一组(a x，ay，az，mx，my，mz)与所述加权平均的结果的差值;步骤3: 将所述差值与运动模型的特征值进行适配，以判断被测物体的运动状态。
[0008] 根据本发明的另一方面，提出了一种运动状态检测方法。该方法可以包括:步骤1: 对采集的至少一组(ax，a y，az，mx，1%，mz)进行加权平均;步骤2:求取采集的另一组(a x，ay，az， mx，my，m z)与所述加权平均的结果的差值;步骤3:将所述差值与运动模型的特征值进行适 配，以判断被测物体的运动状态。
[0009] 根据本发明的再一方面，提出了一种运动状态检测系统。该系统可以包括:本发明 的运动状态检测装置、上壳体和下壳体，所述上壳体和下壳体形成密封空间，以容纳所述运 动状态检测装置；以及天线，所述天线内置于所述密封空间中。其中，所述系统可以固定在 被测物体上。
[0010] 根据本发明的运动状态检测装置、方法及系统，解决了现有运动检测装置不易安 装的问题，其对安装位置没有特定要求、小巧精致。并且其可检测的运动类型丰富，可检测 门、窗、抽屉、家用电器、笔记本电脑等物体的多种运动，包括水平轴向、垂直轴向、双方向混 合的运动，以及水平平移、垂直平移、推拉等运动，也可检测摇晃、震动等不规则运动，可用 于贵重物品的安防。
[0011] 本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附 图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施 例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本发明的特定原理。
【附图说明】
[0012] 通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其 它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号 通常代表相同部件。
[0013] 图1示出了根据本发明的一个实施例的运动状态检测装置的示意图。
[0014] 图2为重力传感器输出的加速度分量的示意图。
[0015]图3为磁力计输出的磁场强度分量的示意图。
[0016]图4a和4b为门关闭时的加速度分量和磁场强度分量不意图，图4c和4d为门打开时 的加速度分量和磁场强度分量不意图。
[0017] 图5示出了根据本发明的一个实施例的运动状态检测方法的流程图。
[0018] 图6示出了根据本发明的一个实施例的运动状态检测系统的示意性结构图。
[0019] 图7示出了根据本发明的一个实施例的运动状态检测系统的安装示意图。
【具体实施方式】
[0020] 下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例， 然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供 这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领 域的技术人员。
[0021] 实施例1
[0022] 图1示出了根据本发明的一个实施例的运动状态检测装置的示意图。
[0023] 在该实施例中，运动状态检测装置可以包括:重力传感器100,用于感测加速度，输 出加速度的X、Y、Z轴分量&\心， &2;磁力计200，用于感测磁场强度，输出磁场强度的父丄2轴 分量mx，m y，mz;处理器300，用于采集ax，ay，az和m x，my，mz，对采集的ax，ay，a z和mx，my，mz进行处 理以识别运动状态；以及无线模块400,用于发送所识别的运动状态信息。其中，所述识别运 动状态的步骤包括:步骤1:对采集的至少一组(a x，ay，az，mx，1%，mz)进行加权平均;步骤2:求 取采集的另一组心^，~， 1^，1%，!1〇与所述加权平均的结果的差值;步骤3:将所述差值与 运动模型的特征值进行适配，以判断被测物体的运动状态。
[0024] 该实施例通过处理器对重力传感器和磁力计输出的数据进行处理以适配运动模 型的特征值来判断被测物体的运动状态，从而实现了对被测物体的运动状态的准确识别。
[0025] 下面详细说明根据本发明的运动状态检测装置。
[0026] 重力传感器100对被测物体在运动过程中产生的加速度进行检测，其具有X轴、Y轴 和Z轴三个轴，输出加速度矢量的X轴分量a x、Y轴分量ay和Z轴分量az，如图2所不。不同物体 的不同运动状态产生的加速度的分量不同，例如，物体在水平轴向运动中产生的加速度主 要在Y轴和Z轴上，在垂直轴向运动中产生的加速度主要在X轴和Z轴上，而双方向混合运动 或者不规则运动中产生的加速度可能在X轴、Y轴和Z轴上都有分布。
[0027] 磁力计200对被测物体在运动过程中产生的磁场强度进行检测，其具有X轴、Y轴和 Z轴三个轴，输出磁场强度矢量的X轴分量mx、Y轴分量1%和Z轴分量m z，如图3所不。不同的安 装位置及不同的运动方向产生的磁场强度的分量不同，例如，物体在水平轴向运动中产生 的磁场强度主要在Y轴和Z轴上，在垂直轴向运动中产生的加速度主要在X轴和Z轴上，而双 方向混合运动或者不规则运动中产生的加速度可能在X轴、Y轴和Z轴上都有分布。
[0028] 处理器300对所采集的六轴分量，即加速度三轴分量以及磁场强度三轴分量，进行 处理以识别运动状态。具体地，处理器300首先对所采集的至少一组六轴分量(ax，ay，a z，mx， my，mz)进行加权平均，之后求取在运动过程中采集的另一组六轴分量(a x，ay，az，mx，1%，mz)与 所述加权平均的结果的差值，接下来将该差值与运动模型的特征值进行适配，以判断被测 物体的运动状态。
[0029] 运动模型是运动主体的某一种形式的运动状态。运动主体可以是待检测的门、窗 户、抽屉、家电电器、笔记本电脑中等，某一种形式的运动可以是垂直轴向运动、水平轴向运 动、双方向混合运动、水平平移运动、垂直平移运动、推拉运动、不规则运动、摇晃、震动等。 本领域技术人员应当理解，运动模型可以是任意根据本发明的运动状态检测装置适合测量 的运动主体的运动形式。
[0030] 运动模型的特征值是运动主体在某种运动下区别于其他运动且唯一的加速度X、 Y、Z分量以及磁场强度X、Y、Z分量的数值范围，其是通过对大量数据进行仿真、训练所得到 的。如果所述差值落入某一种运动主体进行某一种形式的运动时的六轴分量数值范围中， 则认为与该运动模型的特征值适配成功。
[0031] 处理器300可以通过无线模块400将所识别的被测物体的运动状态传输至接收终 端。接收终端可以是计算机、手机、pad等。本领域技术人员应当理解，接收终端可以是任意 适当的设备。无线模块可以是ZigBee、WiFi、蓝牙、433、26、36、46及其他无线传输形式的无 线模块。处理器300还可以通过有线接口，例如12C、串口、SPI、USB、以太网等来传输所识别 的运动状态。本领域技术人员应当理解，处理器可以通过任意适当的方式传输所识别的运 动状态。
[0032] 在一个示例中，识别运动状态的步骤可以进一步包括:如果所述差值与运动模型 的特征值适配不成功，则返回步骤2,并累计进行适配的次数。即如果所述差值没有落入任 何一个运动模型的六轴分量数值范围内，则认为与运动模型的特征值适配不成功。
[0033] 在一个示例中，识别运动状态的步骤可以进一步包括:在进行步骤2之前判断进行 适配的次数是否大于最大适配次数Q，如果是，则输出没有识别出运动状态的信息，如果否， 则继续进行步骤2。
[0034] 在一个示例中，对至少一组(3\，37,32，11^，1%，1112)进行加权的具体公式如下 ：
[0035]义=((7,」'/;…λ ).'Λ,
[0036]其中，N为进行加权的组数，axl，ax2,，，axN为N组加速度X分量，心力，，，f N为加权系 数。其他分量的分式同理可得。
[0037] 优选地，对10组加速度三轴分量和磁场强度三轴分量(&\，&^&2，1^，1%，111〇进行加 权平均。
[0038]在一个示例中，识别运动状态的步骤可以进一步包括：当重力传感器输出的ax，ay， az和磁力计输出的mx，my，mz中至少一个分量超过设定阈值时，输出中断信号以唤醒所述处 理器以进行步骤1。当被测物体处于静止状态时，根据本发明的运动状态检测装置处于休眠 状态，当被测物体六轴分量中的至少一个分量超过设定阈值时，处理器被唤醒开始对对所 采集的重力传感器和磁力计的数据进行处理以识别运动状态。
[0039] 在一个示例中，识别运动状态的步骤进一步包括:在进行步骤1之前，所述处理器 对采集的ax，ay，az和mx，my，m z进行自检处理，所述自检处理为所述处理器检测ax，ay，az和m x， my，mz是否在预定范围之内，和/或所述处理器基于ax，a y，az和mx，my，mz判断所述装置的安装 方式是否正确。
[0040] 当处理器300检测出重力传感器输出的某一轴加速度或者磁力计输出的某一轴磁 场强度超出预定范围时，发送自检失败的报警信号至接收终端。处理器300可以基于重力传 感器和磁力计输出的数据来判断根据本发明的运动状态检测装置的安装方式是否正确。如 果判断的结果为不正确，处理器可以发送自检失败的报警信号至接收终端，也可以根据所 判断出的运动状态检测装置的安装方式对重力传感器和磁力计输出的数据进行纠正，以消 除不正确的安装方式所产生的影响。
[0041] 例如，当根据本发明的运动状态检测装置垂直轴向安装时，磁力计的X、Y和Z轴数 据在如下区间内：axe [-80,80]，aye [-20,20]，aze [-80,80]。如果处理器300检测出磁力 计输出的某一轴磁场强度超出了此范围，则判断出运动状态检测装置的安装方式不正确。 [0042] 在一个示例中，处理器识别运动状态的步骤可以进一步包括:处理器基于被测物 体的加速度极限值和磁场强度极限值确定加速度各个分量以及磁场强度各个分量的噪声 阈值，以判断干扰。例如，通过大量的测试数据结合理论数据，可以根据开门、关门过程中的 加速度极限值和磁场强度极限值，分析出加速度和磁场强度各个分量的噪声阈值，从而将 例如门受到重击时产生的加速度，或者手机等电子设备或者磁铁靠近时产生的磁场判断为 干扰。
[0043] 为了进一步提高识别运动状态的准确性，本发明提供了多种特征值的设定。不同 的场景和应用，都可以通过以上特征值的设定去让识别率达到或者接近100%。
[0044] 在一个示例中，运动状态检测装置可以进一步包括：电池；以及电源控制单元，电 池通过所述电源控制单元对所述重力传感器、磁力计以及处理器进行供电。
[0045] 以下以被测物体为门为示例来说明应用本实施例的运动检测装置来识别运动状 态的原理。
[0046] 门关闭状态下的地磁场方向、重力传感器100所输出的加速度的X、Y、Z轴分量ax， ay，az和磁力计200所输出的磁场强度的X、Y、Z轴分量mx，my，m z如图4a和仙所示，门打开后的 地磁场方向、重力传感器100所输出的加速度的X、Y、Z轴分量ax，a y，az和磁力计200所输出的 磁场强度的X、Y、Z轴分量mx，m y，mz如图4c和4d所示，其中，地磁场可以认为近似平行于地面， 指向地理的北方。在开门的过程中，重力传感器100的主要变化量是Y、Z两个轴上的变化，磁 力计200的主要变化量是Y、Z两个轴与地磁场方向的变化。处理器300对至少一组(ax，ay，a z， mx，my，mz)进行加权平均，求取在门的运动过程中所采集的六轴分量与所述加权平均的结果 的差值，如果该差值落入到运动模型为门进行水平平移运动的六轴分量数值范围内，则认 为该差值与该运动模型的特征值适配成功，判断出被测物体的运动状态为门在进行水平平 移运动。
[0047] 实施例2
[0048] 图5示出了根据本发明的一个实施例的运动状态检测方法的流程图。
[0049] 在该实施例中，运动状态检测方法可以包括:步骤1:对采集的至少一组(ax，ay，az， m x，my，mz)进行加权平均；步骤2:求取采集的另一组(ax，a y，az，mx，my，mz)与所述加权平均的 结果的差值;步骤3:将差值与运动模型的特征值进行适配，以判断被测物体的运动状态。
[0050] 该实施例通过对加速度和磁场强度数据进行处理以适配运动模型的特征值来判 断被测物体的运动状态，从而实现了对物测物体的运动状态的准确识别。
[0051] 在一个示例中，识别运动状态的步骤可以进一步包括:如果差值与运动模型的特 征值适配不成功，则返回步骤2,并累计进行适配的次数。
[0052] 在一个示例中，识别运动状态的步骤可以进一步包括:在进行步骤2之前判断进行 适配的次数是否大于最大适配次数Q，如果是，则输出没有识别出运动状态的信息，如果否， 则继续进行步骤2。
[0053]在一个示例中，识别运动状态的步骤可以进一步包括：当重力传感器输出的ax，ay， az和磁力计输出的mx，my，mz中至少一个分量超过设定阈值时，输出中断信号以唤醒所述处 理器以进行步骤1。
[0054] 在一个示例中，识别运动状态的步骤可以进一步包括:在进行步骤1之前，所述处 理器对采集的ax，ay，az和mx，my，m z进行自检处理，所述自检处理为所述处理器检测ax，ay，az 和mx，my，mz是否在预定范围之内，和/或所述处理器基于a x，ay，az和mx，my，m z判断所述装置的 安装方式是否正确。
[0055] 在一个示例中，识别运动状态的步骤可以进一步包括:基于被测物体的加速度极 限值和磁场强度极限值确定加速度各个分量以及磁场强度各个分量的噪声阈值，以判断干 扰。
[0056] 在一个示例中，所述运动模型可以为门、窗户、抽屉、家电电器、笔记本电脑中的至 少一种进行垂直轴向运动、水平轴向运动、双方向混合运动、水平平移运动、垂直平移运动、 推拉运动、不规则运动、摇晃、震动中的至少一种。
[0057] 实施例3
[0058]图6示出了根据本发明的一个实施例的运动状态检测系统的示意性结构图。
[0059] 在该实施例中，运动状态检测系统可以包括:根据本发明的运动状态检测装置;上 壳体8和下壳体2,上壳体8和下壳体2形成密封空间，以容纳所述运动状态检测装置；以及天 线7,天线7内置于所述密封空间中。其中，该系统可以固定在被测物体上。
[0060] 该实施例通过将根据本发明的运动状态检测装置和天线容纳在上壳体和下壳体 所形成的密封空间中，从而使得整个系统小巧且易于安装。
[0061]系统可以通过背胶1粘贴在被测物体上，并且对安装位置没有特定限制，如图7所 不。
[0062] 在一个示例中，该系统进一步包括PCB板6,根据本发明的运动状态检测装置可以 设置在该PCB板上。
[0063] 在一个示例中，密封空间容纳对根据本发明的运动状态检测装置供电的电池3。
[0064] 在一个示例中，该系统进一步包括：内衬5,内衬5为绝缘材料，并在中间设有开槽； 以及绝缘纸4，绝缘纸4设置在内衬5下方并覆盖所述开槽，并且绝缘纸4具有显露在所述密 封空间之外的部分。其中，当绝缘纸被移除之后电池3开始对所述运动状态检测装置供电。 [0065]以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也 不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技 术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
【主权项】
1. 一种运动状态检测装置，其特征在于，所述装置包括： 重力传感器，用于感测加速度，输出加速度的Χ、γ、ζ轴分量ax，ay，az; 磁力计，用于感测磁场强度，输出磁场强度的X、Y、z轴分量nix，my，mz; 处理器，用于采集ax，ay，az和11^，1%，1112，对采集的3\&，3 2和11^，1%，1112进行处理以识别运 动状态；以及 无线模块，用于发送所识别的运动状态信息； 其中，所述识别运动状态，包括： 步骤1 :对采集的至少一组^&，32，11^，1%，1112)进行加权平均； 步骤2:求取采集的另一组(ax，ay，az，mx，my，m z)与所述加权平均的结果的差值； 步骤3:将所述差值与运动模型的特征值进行适配，以判断被测物体的运动状态。2. 根据权利要求1所述的运动状态检测装置，其特征在于，所述识别运动状态的步骤进 一步包括： 在进行步骤2之前判断进行适配的次数是否大于最大适配次数Q，如果是，则输出没有 识别出运动状态的信息，否则继续进行步骤2。3. 根据权利要求1所述的运动状态检测装置，其特征在于，所述识别运动状态的步骤进 一步包括： 当重力传感器输出的ax，ay，az和磁力计输出的mx，my，m z中至少一个分量超过设定阈值 时，输出中断信号以唤醒所述处理器以进行步骤1。4. 根据权利要求1所述的运动状态检测装置，其特征在于，所述识别运动状态的步骤进 一步包括： 在进行步骤1之前，所述处理器对采集的ax，ay，az和mx，1%，m z进行自检处理，所述自检处 理为所述处理器检测ax，ay，az和mx，1%，m z是否在预定范围之内，和/或所述处理器基于ax，ay， az和mx，my，mz判断所述装置的安装方式是否正确。5. 根据权利要求1所述的运动状态检测装置，其特征在于，所述识别运动状态的步骤进 一步包括： 所述处理器基于被测物体的加速度极限值和磁场强度极限值确定加速度各个分量以 及磁场强度各个分量的噪声阈值，以判断干扰。6. 根据权利要求1所述的运动状态检测装置，其特征在于，所述运动模型的特征值是运 动主体运动时ax，a y，az和mx，1%，1112数值范围。7. -种运动状态检测方法，其特征在于，所述方法包括： 步骤1 :对采集的至少一组^&，32，11^，1%，1112)进行加权平均； 步骤2:求取采集的另一组(ax，ay，az，mx，my，m z)与所述加权平均的结果的差值； 步骤3:将所述差值与运动模型的特征值进行适配，以判断被测物体的运动状态。8. 根据权利要求7所述的运动状态检测方法，其特征在于，所述方法进一步包括： 在进行步骤2之前判断进行适配的次数是否大于最大适配次数Q，如果是，则输出没有 识别出运动状态的信息，否则继续进行步骤2。9. 根据权利要求7所述的运动状态检测方法，其特征在于，所述方法进一步包括： 当重力传感器输出的ax，ay，az和磁力计输出的mx，my，m z中至少一个分量超过设定阈值 时，输出中断信号以唤醒所述处理器以进行步骤1。10. 根据权利要求7所述的运动状态检测方法，其特征在于，所述方法进一步包括： 在进行步骤1之前，所述处理器对采集的ax，ay，az和mx，my，m z进行自检处理，所述自检处 理为所述处理器检测ax，ay，az和mx，1%，m z是否在预定范围之内，和/或所述处理器基于ax，ay， az和mx，my，mz判断所述装置的安装方式是否正确。11. 根据权利要求7所述的运动状态检测方法，其特征在于，所述方法进一步包括： 基于被测物体的加速度极限值和磁场强度极限值确定加速度各个分量以及磁场强度 各个分量的噪声阈值，以判断干扰。12. 根据权利要求7所述的运动状态检测状态，其特征在于，所述运动模型的特征值是 运动主体运动时ax，a y，az和mx，1%，1112数值范围。13. -种运动状态检测系统，其特征在于，所述系统包括： 根据权利要求1-6中任一项所述的运动状态检测装置： 上壳体和下壳体，所述上壳体和下壳体形成密封空间，以容纳所述运动状态检测装置； 以及 天线，所述天线内置于所述密封空间中； 其中，所述系统固定在被测物体上。14. 根据权利要求13所述的运动状态检测系统，其特征在于，所述系统进一步包括PCB 板，所述运动状态检测装置设置在所述PCB板上。15. 根据权利要求13所述的运动状态检测系统，其特征在于，所述系统进一步包括： 内衬，所述内衬为绝缘材料，并在中间设有开槽；以及 绝缘纸，所述绝缘纸设置在所述内衬下方并覆盖所述开槽，并且所述绝缘纸具有显露 在所述密封空间之外的部分， 其中，当所述绝缘纸被移除之后电池开始对所述运动状态检测装置供电。
【文档编号】G08B13/14GK106097617SQ201610597793
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月26日 公开号201610597793.9, CN 106097617 A, CN 106097617A, CN 201610597793, CN-A-106097617, CN106097617 A, CN106097617A, CN201610597793, CN201610597793.9
【发明人】刘福山, 孙荣, 曹煦
【申请人】北京智能管家科技有限公司