CN108168579B - 擦窗机陀螺仪动态校准方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种擦窗机陀螺仪动态校准方法，涉及擦窗机领域，包括以下步骤：在擦窗机的控制器内设置一个阀值τ和一个校准值A0，擦窗机开始工作；陀螺仪的采样数据减去校准值A0后得到输出数据，输出数据经低通滤波后传输给控制器，控制器记录陀螺仪的输出数据；控制器计算相邻上一个时间段T内的陀螺仪输出数据方差S1；控制器计算相邻上一个时间段T内的陀螺仪输出数据的平均值X1，控制器通过算法判断方差S1是否超过阀值τ；控制器计算相邻上一个时间段T内的陀螺仪输出数据的平均值X2，控制器通过算法判断方差S2是否超过阀值τ，能够克服多种噪声对陀螺仪的影响、数据计算量小、校准精度高。

Description

擦窗机陀螺仪动态校准方法
技术领域
本发明涉及擦窗机领域，尤其涉及校准陀螺仪的方法。
背景技术
旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。人们根据这个道理，用它来保持方向。然后用多种方法读取轴所指示的方向，并自动将数据信号传给控制系统，可以精确地确定运动物体的方位的仪器，它在现代航空，航海，航天和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器，陀螺仪是用来测量角速度信号的，通过对角速度积分，能得到角度值，但由于温度变化、摩擦力、不稳定力矩等因素，陀螺仪会产生漂移误差。
申请号为201210572030.0的发明专利申请公开一种陀螺仪静态校准方法，但是该方案依据环境参数，进行数据补偿，需要数据庞大，且仅能够有限的克服温度对陀螺仪的影响，而陀螺仪还要克服振动、使用寿命等其它因素的影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种能够克服多种噪声对陀螺仪的影响、数据计算量小、校准精度高的擦窗机陀螺仪动态校准方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种擦窗机陀螺仪动态校准方法，包括以下步骤：
步骤101，在擦窗机的控制器内设置一个阀值τ和一个校准值A0，开启擦窗机，擦窗机开始工作；
步骤102，计时器清零后开始计时，陀螺仪的采样数据减去校准值A0后得到输出数据，输出数据经低通滤波后传输给控制器，控制器记录陀螺仪的输出数据；
步骤103，控制器计算相邻上一个时间段T内的陀螺仪输出数据方差S1；
步骤104，控制器计算相邻上一个时间段T内的陀螺仪输出数据的平均值X1，平均值X1与校准值A0相加，得到校准值A1，控制器通过算法判断步骤103所得方差S1是否超过阀值τ，若方差S1超出阀值τ，则跳转至步骤102，若方差S1不超出阀值τ，执行下一步操作；
步骤105，控制器计算相邻下一个时间段T内的陀螺仪输出数据方差S2；
步骤106，控制器计算相邻下一个时间段T内的陀螺仪输出数据的平均值X2，平均值X2与校准值A1相加，得到校准值A2，控制器通过算法判断步骤105所得方差S2是否超过阀值τ，若方差S2超出阀值τ，则跳转至步骤102，若方差S2不超出阀值τ，执行下一步操作；
步骤107，重复步骤105-106，即能够对擦窗机陀螺仪进行动态校准。
进一步地，所述阀值τ的模在30%-35%内取值，
步骤104与步骤106中控制器判断方差是否超过阀值的算法包括以下步骤：
步骤一，控制器计算出Sn与An的比值εn；
步骤二，控制器计算出εn与τ的差值，若差值大于零，则方差超过阀值。
进一步地，所述时间段T为150ms、180ms、200ms和220ms其中的一个。
进一步地，所述控制器选用DSP控制器或单片机控制器。
进一步地，所述A0为0deg/s。
本发明的有益效果在于：计算相邻上一个时间段T内的平均值作为校准值，计算相邻下一个时间段T内的输出数据的方差，以前一个时间段为基础，在温度、使用周期、电源电压等连续变化的噪声中对陀螺仪进行动态校准，由于时间段T为150-220ms，而擦窗机的运行速度为3-5cm/s，即在擦窗机每运行1cm，至少进行一次校准，连续性高；陀螺仪的输出数据经低通滤波后传输给控制器，能够避免脉冲噪声对陀螺仪输出数据的影响，提高校准精度；设置阀值，记录单位时间内方差超出阀值次数，能够帮助维护人员判断擦窗机的工作作态。
附图说明
图1为擦窗机陀螺仪动态校准方法流程图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的技术方案进行说明。
实施例1
如图1所示，一种擦窗机陀螺仪动态校准方法，包括以下步骤：
步骤101，在擦窗机的控制器内输入一个阀值τ和一个校准值A0，阀值τ的模设定为30%，A0为0deg/s，控制器为单片机控制器，开启擦窗机，擦窗机开始工作；
步骤102，计时器清零后开始计时，陀螺仪的采样数据减去校准值A0后得到输出数据，输出数据经低通滤波后传输给控制器，控制器记录陀螺仪的输出数据，能够有效的避免脉冲噪声对陀螺仪输出数据的影响，提高校准精度，控制器记录陀螺仪的输出数据，输出数据为数字信号，由于陀螺仪的输出数据经过滤波处理，输出数据的平均值能够表征在时间段T内的状态；
步骤103，控制器计算相邻上一个时间段T内的陀螺仪输出数据方差S1，方差能够表征在该时间段T内陀螺仪输出值的稳定性；
步骤104，控制器计算相邻上一个时间段T内的陀螺仪输出数据的平均值X1，平均值X1与校准值A0相加，得到校准值A1，控制器通过算法判断步骤103所得方差S1是否超过阀值τ，若方差S1超出阀值τ，则跳转至步骤102，若方差S1不超出阀值τ，执行下一步操作；
步骤105，控制器计算相邻下一个时间段T内的陀螺仪输出数据方差S2；
步骤106，控制器计算相邻下一个时间段T内的陀螺仪输出数据的平均值X2，平均值X2与校准值A1相加，得到校准值A2，控制器通过算法判断步骤105所得方差S2是否超过阀值τ，若方差S2超出阀值τ，则跳转至步骤102，若方差S2不超出阀值τ，执行下一步操作；
步骤107，重复步骤105-106，即能够对擦窗机陀螺仪进行动态校准。
其中时间段T为150ms，能够保证收集足够多的陀螺仪输出值，还能够快速的根据噪声跳变重新得到校准值，如果噪声连续变化，则陀螺仪的校准值变化也是线性的，如果噪声跳变，则陀螺仪的校准值跳变，控制器记录单位时间内比值εn大于阀值τ的次数，能够帮助维护人员判断故障原因，及故障时间。
实施例2
如图1所示，一种擦窗机陀螺仪动态校准方法，包括以下步骤：
步骤101，在擦窗机的控制器内输入一个阀值τ和一个校准值A0，阀值τ的模设定为35%，A0为0deg/s，控制器为DSP控制器，开启擦窗机，擦窗机开始工作；
步骤102，计时器清零后开始计时，陀螺仪的采样数据减去校准值A0后得到输出数据，输出数据经低通滤波后传输给控制器，控制器记录陀螺仪的输出数据，能够有效的避免脉冲噪声对陀螺仪输出数据的影响，提高校准精度，控制器记录陀螺仪的输出数据，输出数据为数字信号，由于陀螺仪的输出数据经过滤波处理，输出数据的平均值能够表征在时间段T内的状态；
步骤103，控制器计算相邻上一个时间段T内的陀螺仪输出数据方差S1，方差能够表征在该时间段T内陀螺仪输出值的稳定性；
步骤104，控制器计算相邻上一个时间段T内的陀螺仪输出数据的平均值X1，平均值X1与校准值A0相加，得到校准值A1，控制器通过算法判断步骤103所得方差S1是否超过阀值τ，若方差S1超出阀值τ，则跳转至步骤102，若方差S1不超出阀值τ，执行下一步操作；
步骤105，控制器计算相邻下一个时间段T内的陀螺仪输出数据方差S2；
步骤106，控制器计算相邻下一个时间段T内的陀螺仪输出数据的平均值X2，平均值X2与校准值A1相加，得到校准值A2，控制器通过算法判断步骤105所得方差S2是否超过阀值τ，若方差S2超出阀值τ，则跳转至步骤102，若方差S2不超出阀值τ，执行下一步操作；
步骤107，重复步骤105-106，即能够对擦窗机陀螺仪进行动态校准。
其中时间段T为200ms，能够保证收集足够多的陀螺仪输出值，还能够快速的根据噪声跳变重新得到校准值，如果噪声连续变化，则陀螺仪的校准值变化也是线性的，如果噪声跳变，则陀螺仪的校准值跳变，控制器记录单位时间内比值εn大于阀值τ的次数，能够帮助维护人员判断故障原因，及故障时间。
通过本发明提出的擦窗机陀螺仪动态校准方法，能够针对连续变化的噪声进行连续性的校准，并不需要存储大量的参数，运算量降低，同时校准精度得到提高，在噪声发生跳变时，能够快速进行调整，如果单位时间内比值εn大于阀值τ的次数超过预定的值，通过报警装置进行报警，方便维护人员及时维护。
在实施例1和实施例2中，使用MPU-6050型陀螺仪，工作电压为3-5V，以500Hz的固有频率采样并输出X、Y、Z三轴的瞬时角速度，瞬时角速度范围值是±1000deg/s，控制器分别对X、Y、Z三轴的瞬时角速度值进行校准，将经过校准的瞬时角速度值进行积分运算，即能够得到擦窗机的角位移，擦窗机以角位移和线位移为基础，测算运动轨迹。
以实施例2为例，选取X轴的输出数据，测试结果见附表1，计算结果见附表2。
附表1
Figure DEST_PATH_IMAGE001
附表2
Figure DEST_PATH_IMAGE002
如附表1和附表2可以知道，校准值不断变化，输出数据为瞬时角速度与校准值之间的差值，以差值作为瞬时角速度实际值，进而判断擦窗机的运动状态、测算擦窗机的运行轨迹，精确度高，另外，由于差值的波动幅度小，方便进行低通滤波，另外输出数据平均值还能够帮助确定陀螺仪漂移方向，为补偿和维护提供依据，通过阀值判断陀螺仪是否符合使用要求，通过输出数据来判断陀螺仪的漂移状态，以达到对陀螺仪进行连续动态校准的目的，占用存储空间小，控制器运行负载减小，稳定性增加，同时避免了静态校准依赖温度梯度、不能克服应广泛的噪声影响等问题。

Claims (5)

1.一种擦窗机陀螺仪动态校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤101，在擦窗机的控制器内设置一个阀值τ和一个校准值A0，开启擦窗机，擦窗机开始工作；
步骤102，计时器清零后开始计时，陀螺仪的采样数据减去校准值A0后得到输出数据，输出数据经低通滤波后传输给控制器，控制器记录陀螺仪的输出数据；
步骤103，控制器计算相邻上一个时间段T内的陀螺仪输出数据方差S1；
步骤104，控制器计算相邻上一个时间段T内的陀螺仪输出数据的平均值X1，平均值X1与校准值A0相加，得到校准值A1，控制器通过算法判断步骤103所得方差S1是否超过阀值τ，若方差S1超出阀值τ，则跳转至步骤102，若方差S1未超出阀值τ，执行下一步操作；
步骤105，控制器计算相邻下一个时间段T内的陀螺仪输出数据方差S2；
步骤106，控制器计算相邻下一个时间段T内的陀螺仪输出数据的平均值X2，平均值X2与校准值A1相加，得到校准值A2，控制器通过算法判断步骤105所得方差S2是否超过阀值τ，若方差S2超出阀值τ，则跳转至步骤102，若方差S2未超出阀值τ，执行下一步操作；
步骤107，重复步骤105-106，能够对擦窗机陀螺仪进行动态校准。
2.根据权利要求1所述的擦窗机陀螺仪动态校准方法，其特征在于，所述阀值τ的模在30%-35%内取值，
步骤104与步骤106中控制器判断方差是否超过阀值的算法包括以下步骤：
步骤一，控制器计算出Sn与An的比值εn；
步骤二，控制器计算出εn与τ的差值，若差值大于零，则方差超过阀值。
3.根据权利要求1所述的擦窗机陀螺仪动态校准方法，其特征在于，所述时间段T为150ms、180ms、200ms和220ms其中的一个。
4.根据权利要求1所述的擦窗机陀螺仪动态校准方法，其特征在于，所述控制器选用DSP控制器或单片机控制器。
5.根据权利要求1所述的擦窗机陀螺仪动态校准方法，其特征在于，所述A0为0deg/s。
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