物流环境下产品的多种运动参数测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术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；本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
物流环境下产品的多种运动参数测量装置及测量方法
本专利技术涉及物流运输的研究领域，特别涉及一种物流环境下产品的多种运动参数测量装置及测量方法。
技术介绍
物流产业提高了生产阶段各环节之间以及从生产场所到消费场所之间整个过程的物质资料的流动速度和效率。物流技术的进步，降低了产品在流通过程中的成本，提高了经济效益和社会效益。因此，物流工程和管理这门技术，被喻为“第三利润源”。目前，我国物流领域由于信息化程度低，物流可靠性、安全性差，货运安全问题越来越突出。特别是重要产品和危险品对运输环境条件要求高，特别是振动环境对产品的影响，如产品的加速度、角速度、姿态，环境的气压、磁场、温度等，对物流环境下产品的安全性、可靠性、信息化等提出了新的要求。因此，建立一套用于物流环境下产品的多运动参数智能测量装置，实现对其在运输过程中的实时监测和安全状态评估，具有十分重要的意义和价值。
技术实现思路
本专利技术针对现有物流监控中对产品的运动参数监测的不足，提供一种物流环境下产品的多种运动参数测量装置。本专利技术的另一目的在于，提供一种物流环境下产品的多种运动参数测量装置的测量方法。为了达到上述第一目的，本专利技术采用以下技术方案：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。优选的，所述感应单元包括三轴加速度采样电路、三轴磁场方向采样电路、气压采样电路以及三轴角速度采样电路，所述三轴加速度采样电路、三轴磁场方向采样电路、气压采样电路以及三轴角速度采样电路均与微处理器连接。优选的，所述感应单元通过I2C通信协议与微处理器进行通信。优选的，所述电源管理单元是由电压转换电路、稳压电路组成，电源管理单元一端连接可移动可充电电源，另一端连接所述的主体装置，为主体装置提供能源。优选的，所述无线射频收发接口包括2.4G射频单片机。优选的，还包括用于向外传输运动参数并将越限报警信号传输给其他设备的RFID接口电路。为了达到上述另一目的，本专利技术采用以下技术方案：一种物流环境下产品的多种运动参数测量装置的测量方法，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；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。优选的，步骤(3)中，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)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。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：1、本专利技术所提供的多种运动参数测量装置以每秒200次采集产品的加速度、角速度、磁场、姿态等运动参数的数据，以及气压、温度等物流环境参数的数据。而现有的检测装置，在测量种类和测量精度上，都有一定的缺陷。2、本专利技术的测量装置可以时间同步地采集数据，即装置记录了测量数据发生的准确时刻。在多个测量装置同时测量的情况下，进行同步测量，为分析各被测件间运动的关联关系提供了方便。3、本专利技术可以将上述海量数据存储进SDHC中，方便离线研究分析，可以结合物流交通工具的所在位置和速度等信息，进行实时路况分析，可以判断出易对产品构成威胁的危险路段。该功能实用性强、可以作为评估物流环境下产品的安全性的一种方法。附图说明图1是本专利实施例之多种运动参数测量装置的结构示意图；图2是本专利实施例之微处理器结构示意图；图3是本专利实施例之I2C接口电路的示意图；图4是本专利实施例之感应单元的三轴加速度采样电路的电路示意图；图5是本专利实施例之感应单元的三轴磁场方向采样电路的电路示意图；图6是本专利实施例之感应单元的气压采样电路的电路示意图；图7是本专利实施例之感应单元的三轴角速度采样电路的电路示意图；图8是本专利实施例之实时时钟电路示意图；图9是本专利实施例之数据存储单元的SDIO接口电路示意图；图10是本专利实施例之USART接口电路示意图；图11是本专利实施例之北斗导航授时模块的电路示意图；图12是本专利实施例之无线射频模块的原理图；图13是本专利实施例之电源电路的原理图；图14是本专利实施例之复位电路的原理图；图15是本专利实施例之采用姿态融合算法得到产品实时姿态的流程图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例在图1中，本实施例多种运动参数测量装置，该装置包括：装置主体部分和同步授时装置。装置主体部分包括：微处理器、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、同步授时接口。本实施例工作机理：首先，须使用北斗导航授时模块正常工作，通过同步授时接口对该装置主体部分的实时时钟单元进行时间的同步。微处理器向多种传感器高速查询和收集传感器当前数据，然后把传感数据进行融合算法通过算法求出实时姿态参数，并连同加速度、角速度、磁场方向、姿态等运动参数及环境气压、温度等参数，并从实时时钟单元读取当前时刻，存储到海量SDHC卡中。本实施例还提供RFID接口电路，为以后需要往外传输相关运动参数数据、越限报警信号传输至其他设备。在图中2，微处理器可以使用单片机，如51，AVR，PIC、ARM等。在这里，选用意法半导体公司的STM32F4作为装置核心，STM32F4是一款ARMCortex-M4处理器，工作频率为168MHz本文档来自技高网...

【技术保护点】
物流环境下产品的多种运动参数测量装置，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.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...

【专利技术属性】
技术研发人员：方科，王畅田，王志伟，卢立志，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东;44