CN104238574A - 一种利用加速度传感器实现设备自动控制的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种利用加速度传感器实现设备自动控制的系统和方法，属于移动定位技术和自动控制领域。系统至少由加速度传感器单元、中央处理单元和控制信号输出单元组成；在中央处理单元中设定好设备的移动方向、需要执行特定操作的位移或距离及在该位移点上对应输出的控制信号后，设备沿着直线或曲线移动，加速度传感器单元实时测量设备位移，中央处理单元对加速度信号进行位移计算，设备运行到每个指定位置时，中央处理单元通过控制信号输出单元输出特定的控制信号，设备则由该控制信号自动执行预设的操作。系统结构简单、通用性强，解决了设备在不具备自动化生产或现场作业条件下的自动化控制。

Description

一种利用加速度传感器实现设备自动控制的系统和方法

技术领域

本发明属于移动定位技术和自动控制领域，特别涉及一种利用加速度传感器实现设备自动控制的系统和方法。

背景技术

在石油、化工、建筑和工业领域中，常常会出现在野外施工和作业时需要使用设备进行移动到指定位置或移动指定距离后进行指定操作的情况，如石油化工领域中，需要对油井井下油质进行分层取样时，一般的专用设备中不具备移动定位自动控制或多点移动定位自动控制的功能，因此完成上述工作往往只能人工操作，然而人工操作的效率低和可靠性低的缺点势必造成了生产效率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于野外施工或不具备自动化条件的设备上的自动控制系统和方法。该系统和方法利能够自动计算设备移动的位移，并在到达指定位置后向设备输出特定的控制信号使其执行相应的操作，实现设备的自动控制。

为了实现上述目的，本发明提供一种利用加速度传感器实现设备自动控制的系统和方法，该系统和方法系应用于任何设备上，系统至少由加速度传感器单元、中央处理单元和控制信号输出单元组成，其特征在于：其中中央处理单元分别与加速度传感器单元和控制信号输出单元连接，设备沿着直线或曲线移动，加速度传感器单元实时测量设备位移，中央处理单元对加速度传感器的信号进行位移计算，设备运行到每个指定位置时，中央处理单元通过控制信号输出单元输出特定的控制信号，设备则根据该控制信号自动执行某个特定的具体操作。

该方法包含以下几个步骤：

a.设备在准备开始工作前，先在中央处理单元中设定好设备的移动方向、需要执行特定操作的位移或距离及在该位移点上对应输出的控制信号；其中设备的移动方向为系统中加速度传感器的测量方向，且系统输出的控制信号和设备执行的操作一一对应且唯一；

b.在原点启动时将中央处理单元中存储的位移置0；

c.在开始直线或曲线移动时，加速度传感器单元即开始工作；

d.中央处理单元每隔固定间隔对此间隔的加速度值取平均并进行二次积分，然后累加到相对于原点的位移上；

e.中央处理单元判断是否到达需要执行特定操作的位移点，如果未到达，重复步骤d，如果到达，中央处理单元通过控制信号输出单元发送控制信号，控制设备执行之前设定好的特定操作；

f.之前设定好的特定操作执行完毕后，继续移动，重复d-e步骤，直至所有操作执行完毕。

上述加速度传感器单元中的加速度传感器为三轴加速度传感器，切当设备具有三个方向上的加速度分量时，则对三个方向上的加速度分别进行位移计算，并通过三角函数计算设备移动方向上的位移量。

所要执行的特定操作根据不同的位移执行不同或相同的操作。

到达某一特定位移点开始执行对应的特定操作时，设备停止移动，或者继续移动并进行位移累加。

上述控制信号输出单元所输出的控制信号为数字信号或模拟信号。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：本发明的主要特点是系统简单和普遍适用性，利用加速度传感器集成度高、适用性强的特点结合中央处理单元和控制信号输出单元即可实现设备的自动控制，适合于各类不具备自动化生产或现场作业条件下的设备自动控制。

附图说明

图1是本发明的系统结构图。

图2是本发明的基本流程图。

图3是本发明的一实施例流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：

如图1所示，一种利用加速度传感器实现设备自动控制的系统和方法，其中系统应至少包括加速度传感器单元（1）、中央处理单元（2）和控制信号输出单元（3），该系统和方法利用加速度传感器单元（1）对设备的位移进行测量，并将处理后的加速度信号送入中央处理单元（2）中进行计算，从而得到设备的当前位置值，中央处理单元（2）将设备的位移值作为判断阈值与设定的位移进行比较，当到达之前设定的位移点时，通过控制信号输出单元（3）输出设定的控制信号，设备则根据其控制信号执行相应的操作。

另，加速度传感器单元（1）中的加速度传感器为三轴加速度传感器，中央处理单元（2）通过对加速度信号进行处理，得到设备运动的加速度及角速度，并间隔一定时间，对加速度信号取平均值，进而进行二次积分计算出位移数据。

其具体实施如图2所示步骤：

（11）设定设备的移动方向、设备执行操作的位移和对应的控制信号；其中设定的位移与该位移下输出的控制信号、控制信号与设备执行的操作一一对应；

（12）初始化起始位置：即将设备开始移动的位置设置为初始位置，在该位置位移为0；

（13）加速度传感器开始工作：当设备开始进行直线或曲线移动时，三轴加速度传感器开始工作，中央处理单元（2）记录加速度传感器三个轴上输出的加速度值；

（14）计算位移：中央处理器（2）通过对一定时间间隔内的三轴加速度传感器的信号平均值进行二次积分和三角函数计算从而得到这段时间内设备的位移，并将位移数据累加到初始位置的位移上；

（15）是否到达：中央处理单元（2）对累计的位移数据进行判断，当到达指定位置时执行步骤（16），未到达时重复执行步骤（14）；

（16）输出控制信号：中央处理单元（2）通过控制信号输出单元（3）输出控制信号，设备则根据控制信号执行相应的操作。

在上述实施例中，实现了设备到达指定位置后完成相应的操作的流程，若需要实现设备在直线或曲线方向上多个位移点上完成不同操作的要求时，如图3所示，需完成以下步骤：

（21）设定设备的移动方向、设备执行相应操作的位移值及其控制信号：按照位移从小到大的顺序对中央处理单元（2）进行位移值和对应的控制信号的设置；

（22）初始化起始位置：该步骤同图1中的步骤（12）；

（23）加速度传感器开始工作：该步骤同图1中的步骤（13）；

（24）计算位移：该步骤同图1中的步骤（14）；

（25）判断是否到达指定位移：当到达设定的位移时执行步骤（26），未到达时重复执行步骤（24），继续累计位置数据；

（26）输出该位移下设定的控制信号：当到达之前设定的位移值后，中央处理单元（2）通过控制信号输出单元（3）输出给设备之前设定的控制信号，使设备执行相应的操作；

（27）判断是否到达终点：若到达终点则结束该流程，若未到达则重复执行步骤（24）。

以上所述仅为本发明的较佳实施实例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种利用加速度传感器实现设备自动控制的系统和方法，系统至少由加速度传感器单元（1）、中央处理单元（2）和控制信号输出单元（3）组成，其特征在于：其中中央处理单元（2）分别与加速度传感器单元（1）和控制信号输出单元（3）连接，设备沿着直线或曲线移动，加速度传感器单元（1）实时测量设备位移，中央处理单元（2）对加速度传感器的信号进行位移计算，设备运行到每个指定位置时，中央处理单元（2）通过控制信号输出单元（3）输出特定的控制信号，设备则根据该控制信号自动执行某个特定的具体操作；

    系统实现设备自动控制的方法包含以下几个步骤：

    a.设备在准备开始工作前，先在中央处理单元（2）中设定好设备的移动方向、需要执行特定操作的位移或距离及在该位移点上对应输出的控制信号；

    b.在原点启动时将中央处理单元（2）中存储的位移置0；

    c.在开始直线或曲线移动时，加速度传感器单元（1）即开始工作；

    d.中央处理单元（2）每隔固定间隔对此间隔的加速度值取平均并进行二次积分，然后累加到相对于原点的位移上；

    e.中央处理单元（2）判断是否到达需要执行特定操作的位移点，如果未到达，重复步骤d，如果到达，中央处理单元（2）通过控制信号输出单元（3）发送控制信号，控制设备执行之前设定好的特定操作；

    f.之前设定好的特定操作执行完毕后，继续移动，重复d-e步骤，直至所有操作执行完毕。

2.根据权利1所述的一种利用加速度传感器实现设备自动控制的系统和方法，其特征在于：上述加速度传感器单元（1）中的加速度传感器为三轴加速度传感器，且当设备具有三个方向上的加速度分量时，则对三个方向上的加速度分别进行位移计算，并通过三角函数计算设备移动方向上的位移量。

3.根据权利1所述的一种利用加速度传感器实现设备自动控制的系统和方法，其特征在于：所要执行的特定操作根据不同的位移执行不同或相同的操作。

4.根据权利1所述的一种利用加速度传感器实现设备自动控制的系统和方法，其特征在于：到达某一特定位移点开始执行对应的特定操作时，设备停止移动，或者继续移动并进行位移累加。