[发明专利]物流环境下产品的多种运动参数测量装置及测量方法

摘要

本发明公开了物流环境下产品的多种运动参数测量装置及测量方法，装置包括主体装置和同步授时装置；所述主体装置包括微处理器，以及均与微处理器连接的感应单元、实时时钟单元、数据存储单元、电源管理单元、复位单元、无线射频收发接口和同步授时接口；所述主体装置通过同步授时接口与同步授时装置连接；本发明可以时间同步地对产品的加速度、速度、姿态等运动参数进行测量，并且可以把测到的海量数据存储起来，方便离线研究分析，实用性强、可以作为评估在物流环境下产品的安全性的检测装置。

主权项

物流环境下产品的多种运动参数测量装置的测量方法，其特征在于，物流环境下产品的多种运动参数测量装置，包括主体装置和同步授时装置；所述主体装置包括微处理器，以及均与微处理器连接的感应单元、实时时钟单元、数据存储单元、电源管理单元、复位单元、无线射频收发接口和同步授时接口；所述主体装置通过同步授时接口与同步授时装置连接；装置使用前，同步授时装置对装置主体部分的实时时钟单元进行时间同步，微处理器通过感应单元测量各种运动参数和磁场方向，通过姿态融合算法，得到产品实时姿态；通过数据存储单元把产品的运动参数、物流环境气压值、磁场方向、温度和测量的当前时刻存储起来，电源管理单元给主体装置供电，无线射频收发模块提供无线扩展接口；测量方法包括下述步骤：1)同步授时装置获取北斗卫星导航系统的时间信息，当获取时间正常时，通过发光二极管常亮显示；2)主体装置通过同步授时接口与同步授时装置相连，接收当前的时间信息，并写入到实时时钟单元，此时实时时钟单元可以自主完成计时功能，可以断开主体装置与同步授时装置的连接；3)主体装置内的微处理器按照设定的速度采集感应单元内三轴加速度、三轴角速度和三轴磁场方向的数据，通过姿态融合算法，得到产品实时姿态，同时还可以测量物流环境气压值、温度；并将上述数据连同当前时刻写入数据存储单元；所述通过姿态融合算法，得到产品实时姿态的步骤为：(3‑1)对I2C接口电路、传感器单元进行初始化，初始化陀螺仪偏差w1、w2、w3；四元数q0、q1、q2、q3；(3‑2)读取三轴加速度ax、ay、az，三轴陀螺仪gx、gy、gz，三轴磁力计mx、my、mz的当前值；(3‑3)根据偏差，修正gx、gy、gz，更新四元数(3‑4)采用卡尔曼滤波算法进行姿态更新；初始化测量矩阵H、误差协方差矩阵P、测量噪声协方差矩阵R，则卡尔曼滤波器的增益为K＝PHT(HPHT+R)‑1，则由得到准确的q0、q1、q2、q3；其中为状态向量，为测量向量，为测量状态向量的预测值；(3‑5)更新姿态角；θyaw＝‑atan2(2*q1*q2+2*q0*q3,‑2*q2*q2‑2*q3*q3+1)θpitch＝‑asin(‑2q1*q3+2*q0*q2)θroll＝atan2(2*q2*q3+2*q0*q1,‑2q1*q1‑2q2*q2+1)返回(3‑2)重复执行4)主体装置内的微处理器对每秒内测量的数据进行处理，得到各类别测量数据的最大值、最小值、平均值、有效值；并通过无线射频收发接口发送这些数据。