加速度、陀螺儀和磁場九軸傳感器的空間軌跡定位系統的制作方法
【專利摘要】（1）與（2）分別是是一個三軸加速度傳感器與一個三軸的陀螺儀組成的感應芯片MPU6050，（3）是一個三軸磁場計RMG144，這兩個傳感芯片通過I2C總線，將感應到的各個軸的加速度、加速度及磁場強度發送給主處理器（4），中央處理器（4）將這幾個傳感器傳過來的數據進行數字濾波，使信號能夠有效的抗干擾。然后將這些數據進行封包、加糾正碼等操作。以便讓傳輸過程的誤碼錯誤降到最低。將這些數據發送到無線發射模塊（6）。電源模塊（5）負責整個系統的供電。接收模塊（7）負責接收和解碼之前的數據，將其轉換成計算機所能識別的信號，計算機（8）將接收到的數據，進行處理和建模，完成建立描繪空間軌跡系統的任務。
【專利說明】加速度、陀螺儀和磁場九軸傳感器的空間軌跡定位系統

【技術領域】
[0001]本發明本發明涉及一種用于分析運動的定位設備，具體地說是涉及一種基于加速度、陀螺儀和磁場九軸傳感器的空間軌跡定位系統。

【背景技術】
[0002]隨著科學技術發展，空間定位的應用范圍逐漸的從高精尖的國防工程中轉移到一般的日常生活里。之前單一的依靠液浮陀螺或者加速度感應的空間定位系統，也慢慢的被MEMS設備所代替。現在民用設備中，已經有一些這類設備所建立的空間軌跡定位系統，但都是存在誤差大，漂移多，價格昂貴等特點。本發明巧妙地將MEMS化的磁場傳感器加入到聯合定位中來，經過優化的算法，既加大的改善了系統的表現，使其能夠實時準確的描繪空間的運動軌跡，又有效的控制了成本，突出了當前科技發展的成果。


【發明內容】

[0003]本發明的目的是克服了現有技術中的不足，提供了一種基于加速度、陀螺儀和磁場九軸傳感器的空間軌跡定位系統，能夠高效的處理實時的空間定位，根據傳感器所處的不同狀態完成對其空間軌跡的描繪和記錄。
[0004]為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現:
本發明要解決的技術問題是提供一種空間軌跡定位系統，通過磁場、陀螺儀和加速度傳感器，能夠高效的處理實時的空間定位，根據傳感器所處的不同狀態完成對其空間軌跡的描繪和記錄。為解決上述技術問題，本發明包括如下幾個部分:1與2分別是是一個三軸加速度傳感器與一個三軸的陀螺儀組成的感應芯片MPU6050，3是一個三軸磁場計RMG144，這兩個傳感芯片通過I2C總線，將感應到的各個軸的加速度、加速度及磁場強度發送給主處理器4，中央處理器4將這幾個傳感器傳過來的數據進行數字濾波，使信號能夠有效的抗干擾。然后將這些數據進行封包、加糾正碼等操作。以便讓傳輸過程的誤碼錯誤降到最低。將這些數據發送到無線發射模塊6。電源模塊5負責整個系統的供電。接收模塊7負責接收和解碼之前的數據，將其轉換成計算機所能識別的信號，計算機8將接收到的數據，進行處理和建模，完成建立描繪空間軌跡系統的任務。
[0005]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
能夠非常人性化的完成許多之前設備不能完成功能，巧妙地將MEMS化的磁場傳感器加入到聯合定位中來，經過優化的算法，既加大的改善了系統的表現，使其能夠實時準確的描繪空間的運動軌跡，又有效的控制了成本，突出了當前科技發展的成果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是本發明基于加速度、陀螺儀和磁場九軸傳感器的空間軌跡定位系統的結構示意圖圖2是本發明基于加速度、陀螺儀和磁場九軸傳感器的空間軌跡定位系統的流程示意圖
圖3是本發明基于加速度、陀螺儀和磁場九軸傳感器的空間軌跡定位系統確定空間絕對位置的原理示意圖。

【具體實施方式】
[0007]下面結合附圖與【具體實施方式】對本發明作進一步詳細描述:
如圖1所示，I與2分別是是一個三軸加速度傳感器與一個三軸的陀螺儀組成的感應芯片MPU6050，3是一個三軸磁場計RM G144，這兩個傳感芯片通過I2C總線，將感應到的各個軸的加速度、加速度及磁場強度發送給主處理器4。
[0008]如圖2所示，是計算機系統8進行空間計算所需要的步驟。首先確定絕對的空間坐標系。首先開機后8確定初始狀態下角速度為O的時候，各個軸的加速度值，確定這三個軸的加速度合力值及其方向。確定此時的三個軸的磁場強度值，解算出他們的合磁場大小方向。
[0009]如圖3所示，以重力方向為Z軸的負方向，以磁力方向為Y軸正方向，取正交與這兩個方向的唯一方向為X軸，并且以右手定理確定X軸的正方向。此時便可以擺脫芯片所處的位置，實時的確定空間所處的位置，描繪出在絕對空間中，定位芯片所移動過的位置。
[0010]完成初始化之后，中央處理器4將這幾個傳感器傳過來的數據進行數字濾波，使信號能夠有效的抗干擾。
[0011]然后將這些數據進行封包、加糾正碼等操作。以便讓傳輸過程的誤碼錯誤降到最低。
[0012]然后將這些數據發送到無線發射模塊6。
[0013]電源模塊5負責整個系統的供電。
[0014]接收模塊7負責接收和解碼，它與發射模塊采用藍牙設備或者專用的2.4G無線通?目。
[0015]計算機8根據實時的獲取加速度傳感器I和陀螺儀傳感器2的各軸的加速度信息及加速度信息。利用如上文所描述建立的絕對坐標系，根據每個軸的加速度積分算出當前速度值，再積分算出每個軸的位移值。根據角速度值，積分算出當前的角度。然后將這些數據記錄到數據庫之中。
[0016]獲得當前的各個軸加速度后，根據角度的變化量，實時的計算出當前的重力所應該處于的角度，再由上文初始化過程中重力的大小，分別計算重力在三個絕對坐標系上的分量，并剔除掉。
[0017]然后根據三軸磁力傳感器3實時的數據，與獲得的角度、速度信息比對，做兩個數據的加權糾正。以確保加速度值的非線性變化及陀螺儀的零漂等誤差不會再最終的數據中產生累積的誤差，保證系統運行的穩定性。
[0018]完成以上的計算后，就可以實時的在空間坐標系中標定當前空間軌跡定位系統所處的三軸坐標點，也可以實時的獲取它的當前速度、角度、加速度。將這些數據全部記錄到中央處理器緩存中的數據庫中，以備判別的程序實時調用。
[0019]之后完成姿態的演算和動作信號的判別。可以由上文的數據庫中的數據判斷是否完成了一系列運動，以及當前所處的狀態。
[0020]本發明中涉及的未說明部份與現有技術相同或采用現有技術加以實現。
【權利要求】
1.一種基于加速度、陀螺儀和磁場九軸傳感器的空間軌跡定位系統由:(I)與(2)分別是是一個三軸加速度傳感器與一個三軸的陀螺儀組成的感應芯片MPU6050，(3)是一個三軸磁場計RM G144，主處理器(4)，無線發射模塊(6 )，電源模塊(5 )負責整個系統的供電,接收模塊(7)負責接收和解碼之前的數據，將其轉換成計算機所能識別的信號，計算機(8)將接收到的數據，進行處理和建模，完成建立描繪空間軌跡系統的任務。
2.根據權利要求1所述的一種基于加速度、陀螺儀和磁場九軸傳感器的空間軌跡定位系統，其特征是:(1) (2) (3)傳感芯片通過I2C總線，將感應到的各個軸的加速度、加速度及磁場強度發送給主處理器(4)，計算機(8)根據實時的獲取加速度傳感器(I)和陀螺儀傳感器(2)的各軸的加速度信息及加速度信息，根據每個軸的加速度積分算出當前速度值，再積分算出每個軸的位移值，根據角速度值，積分算出當前的角度，然后將這些數據記錄到數據庫之中，獲得當前的各個軸加速度后，根據角度的變化量，實時的計算出當前的重力所應該處于的角度，再由上文初始化過程中重力的大小，分別計算重力在三個絕對坐標系上的分量，并剔除掉，然后根據三軸磁力傳感器(3)實時的數據，與獲得的角度、速度信息比對，做兩個數據的加權糾正，以確保加速度值的非線性變化及陀螺儀的零漂等誤差不會再最終的數據中產生累積的誤差，保證系統運行的穩定性。
【文檔編號】G01C21/00GK104515519SQ201310452478
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年9月28日 優先權日:2013年9月28日
【發明者】婁保東 申請人:南京專創知識產權服務有限公司