[发明专利]一种运动状态指示装置及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种指示运动姿态的装置和方法，特别是一种可实时指示运动状态的 装置和方法。

背景技术

目前，随着人们生活水平的提高和低碳生活的深入人心，越来越多的人选择单车 作为出行方式和健身工具。然而，由于单车在行驶过程中，无法对后面行人和车辆就其运动 状态和趋势进行指示和提醒，导致单车手的安全存在很大隐患。目前已存在的解决方法是：

（1）用手臂作为转向的指示信号，以此提醒转向；

（2）利用手持遥控器控制背包上的指示灯实现运动状态的指示。

然而，无论是手臂指示还是遥控指示，都不可避免的需要进行单手操控车辆，并且 一定程度上分散了车手的注意力，导致大多车手在行驶过程中不会选择这两种方案，由此 带来的影响是单车在行驶过程中尤其在转向和刹车过程中发生事故的几率大大提高。

因此，如何安全有效的提升单车手的行车安全是急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够安全、有效和智能的指示运动状态的装置和方 法。

实现本发明目的的技术解决方案为：运动状态指示装置由电源模块、陀螺仪模块、 运动指示灯阵模块以及控制器模块组成。其中运动指示灯阵模块包括左转指示灯阵、右转 指示灯阵、前进指示灯阵和停止或减速指示灯阵。具体的连接方式为：陀螺仪模块通过通信 总线实现与控制器模块的数据传送；电源模块用来为装置供电并由控制器模块的电源管理 功能判断是否进入休眠状态；运动指示灯阵模块连接至控制器模块的IO端口，实现运动状 态和运动方向的指示。本装置可安装在单车尾部，以获得最佳的指示效果。

当装置处于运动状态时，陀螺仪模块对于包含三轴加速度（即X、Y、Z空间坐标系）、 三轴陀螺仪数据（即偏航角、俯仰角、翻滚角）等数据进行实时采集，并将运动姿态数据上传 至控制器模块，由控制器模块利用卡尔曼滤波算法进行姿态数据的数据估计和融合，通过 对数据融合、估计的结果进行关于运动方向和运动状态的解算，实现对于运动方向和运动 状态的判断并输出指示。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

1．自动指示。由于指示意识淡薄、个人骑车喜好和忘记做指示等因素，导致单车行驶过 程中不作指示的现象普遍存在，而本发明通过对运动信号的采集处理后自动进行指示可消 除这方面的安全隐患。

2．系统指示稳定度好。本发明设计的运动状态指示装置和方法，经过多种实际运 动轨迹的测试和实验，已使指示的稳定性和可靠度大大提高，基本实现零误判、零乱闪。

3．成本低，性价比高。本装置通过将陀螺仪模块输出信号，并通过由控制器模块利 用经典可靠的卡尔曼算法进行滤波解算的方式使得低成本的陀螺仪的性能发挥到最优，从 而进一步降低了装置成本，更适合进行产品化生产。

附图说明

图1是本发明的硬件结构示意图。

图2是本发明的左转指示灯阵示意图。

图3是本发明的右转指示灯阵示意图。

图4是本发明的直行指示灯阵示意图。

图5是本发明的刹车或停止指示灯阵示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

图1为本装置的硬件结构图，图2为左转指示灯阵，图3为右转指示灯阵，图4为直行 指示灯阵，图5为刹车或停止指示灯阵。各指示灯阵中，刹车或停止指示灯阵为醒目的红色， 其余三个状态为绿色。

当装置处于运动状态时，陀螺仪模块对于包含三轴加速度、三轴姿态角（即偏航 角、俯仰角、翻滚角）等数据进行实时采集，并将运动姿态数据上传至控制器模块，由控制器 模块利用卡尔曼滤波算法进行姿态数据的数据估计和融合，依据数据融合、估计的结果进 行关于运动方向和运动状态的判断并输出指示。

当处于停止状态时，控制器模块会调用自身的定时器进行连续处于停止状态时间 的计算，当连续停止时间累计超过设定的N秒时，进入休眠状态，以提高系统的续航能力。

更进一步的说，本发明运动状态指示装置的实现方法采用经典的卡尔曼滤波算法 和对于姿态解算判断实现。通过卡尔曼滤波算法对于姿态数据进行滤波后，有效的去除了 数据噪声，再通过将输出的姿态数据与设定阈值相比较的方式获得具体的运动方向和运动 状态。具体实现方法是：