CN108460450A - 一种基于地磁传感器的计圈方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于地磁传感器的计圈方法，包括以下步骤：步骤(1)，通过地磁传感器采集地磁数据；步骤(2)，检查采集到的地磁数据的正确性，丢弃错误的采样值；步骤(3)，对采集到的地磁数据进行平滑处理；步骤(4)，根据采集的地磁数据恢复出地磁波形变化图；步骤(5)，通过上述步骤(4)得到的地磁波形变化图计算出设备转动的圈数。本发明的基于地磁传感器的计圈方法解决了物体做圆周运动时的精确计圈问题，这种解决方案可以通过地磁传感器采集的数据精确计算出转动圈数，过滤掉错误的数据，对由外界影响而产生的数据也有去噪处理，生成的结果值精度高，系统成本低。

Description

一种基于地磁传感器的计圈方法

技术领域

本发明涉及一种计圈方法，特别是一种基于地磁传感器的计圈方法。

背景技术

地磁传感器是一种动态检测地磁场变化的感应设备。由于地磁传感器的体积较小且不易损坏，使用起来具有占用空间小、安装简易、抗干扰性强、可靠性高、寿命长等特点，近年来被广泛应用于各个领域，从国防、航空航天到国民经济各个部门，从医疗卫生、智能交通类日常生活的诸多方面，都可以见到这种地磁传感器。

不管是在工业生产还是日常生活中，圆周运动随处可见，例如电动机转子、皮带轮、火车、汽车或自行车车轮等都作圆周运动。很多时候，人们需要获知圆周运动物体的速度，在现有技术中，实时速度一般采用GPS计算。而GPS计算结果的准确度往往与GPS接收模块的采样频率息息相关，对于高频GPS接收模块，其计算精度高，误差小，对于低频GPS接收模块，其计算精度低，误差大。因此，对于现有的GPS速度计算设备误差比较大，要提高精度只能不断增加成本，不断提高GPS接收模块的采样频率。

众所周知，在一个广阔区域内，地球磁场的强度是一定的，当一个物体置身于磁场中作圆周运动，作为其附件的地磁传感器能测量出地磁场强度的变化，对陆地磁场在地磁传感器轴上投影的至少一个变量分量进行测量，并且对对应于该测量信号的周期或频率进行检测，从而通过感应磁场强度来测量物体转动圈数等物理参数，继而再根据物体的轮圈信息得出运行的距离，根据时间间隔得出精确的实时速度。

鉴于地磁传感器的工作原理及诸多优点，如何将其应用于实时速度的测量和计算，是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明提出一种基于地磁传感器的计圈方法，解决了现有的计圈技术精度低或成本较高的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于地磁传感器的计圈方法，包括以下步骤：

步骤(1)，通过地磁传感器采集地磁数据；

步骤(2)，检查采集到的地磁数据的正确性，丢弃错误的采样值；

步骤(3)，对采集到的地磁数据进行平滑处理；

步骤(4)，根据采集的地磁数据恢复出地磁波形变化图；

步骤(5)，通过上述步骤(4)得到的地磁波形变化图计算出设备转动的圈数。

可选地，所述步骤(2)中的检错过程具体包括：

步骤(a)、检测采集数据是否在有效范围内，若超出范围，则认为此次采集的地磁值错误并丢弃；

步骤(b)、将采集的地磁数据与之前采集的地磁数据进行比较，若差值大于一定值，则认为此次采集的地磁数据错误并丢弃。

可选地，所述步骤(3)中，对地磁数据进行平滑处理的过程，具体为：

将本次采集的地磁数据与之前多个采集值取平均作为新的采集值。

可选地，在所述步骤(4)恢复出地磁波形变化图之后，进行步骤(5)计算设备转动圈数之前，还包括用以消除地磁采样错误或偏差过大带来的影响的步骤。

可选地，所述用以消除地磁采样错误或偏差过大带来的影响的步骤，具体实现方式为：对于小于正常峰值并超过设定数值的峰值数据、或者波形变化趋势坡度大于设定值的数据、或者离上一波峰间隔时间短于设定时间的数据不记录圈数。

可选地，根据设备的运动状态，切换设备的采样频率。

可选地，根据检测的设备的运动速度，动态地调整步骤(4)中的用于恢复地磁波形变化图的采样值个数：高速情况下通过少量的采样值恢复地磁波形变化图，低速情况则需要较多的采样值恢复地磁波形变化图。

可选地，所述地磁波形变化图中波峰的个数对应转动的圈数，波峰判断的过程为：当判断的采样值列表中中间一个采样值大于其他值时，并且其他值以此值为中心依次减小，则认为这些采样值代表了一个波峰，中间的一个或两个值即为波峰值。

本发明的有益效果是：

通过地磁传感器采集的数据精确计算出转动圈数，过滤掉错误的数据，对由外界影响而产生的数据也有去噪处理，生成的结果值精度高，系统成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种基于地磁传感器的计圈方法的一个具体实施例的流程图；

图2为本发明中地磁传感器的三轴方位示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的计圈方法采用三轴地磁传感器，有x、y、z轴三个方向，可以用于检测磁场大小，通过收集地磁数据，并通过算法对地磁数据进行处理计算，得出精确的计圈结果。

如图1所示，本发明基于地磁传感器的计圈方法包括以下步骤：

步骤(1)，通过地磁传感器采集地磁数据。

如图2所示，假设x、y轴跟随设备做圆周运动，因此需要采集x、y轴方向上的地磁数据，这些数据代表x、y轴感知到的磁场强度大小变化，是磁场强度在对应轴上的分量。

步骤(2)，检查采集到的地磁数据的正确性，丢弃错误的采样值。

检错过程具体包括：

步骤(a)、检测采集数据是否在有效范围内，若超出范围，则认为此次采集的地磁值错误并丢弃；

步骤(b)、将采集的数据与之前采集的数据进行比较，若差值大于一定值则认为此次采集的地磁值错误并丢弃。

步骤(3)，通过算法对数据进行平滑处理，减少毛刺干扰。

理想情况下，设备转动时做圆周运动的两个轴采集的地磁值变化呈正弦波趋势，但地磁采集过程容易受到外界环境影响使得采集样本变化趋势中出现毛刺，影响最终计算转动圈数的准确性，因此对采集值做平滑处理，算法具体包括以下步骤：将其值与之前多个(优选7个)采集值取平均作为新的采集值，这样可以减少单个或少量毛刺数据对最终结果的影响。

步骤(4)，设备转动一圈，地磁采样值呈周期性变化且在一定范围内变化，通过一组地磁采样值可以恢复出地磁波形变化情况。

为了提高计圈精度，还需要消除地磁采样错误或偏差过大带来的影响。

上述步骤(3)通过算法对数据进行平滑处理，减少毛刺干扰，解决了单个或少量毛刺数据对最终结果造成影响的问题，在实际采样过程中，受外部环境影响，可能出现连续采集一部分数据，这部分数据也呈正弦变化趋势，但其峰值远小于正常峰值(根据前序波峰值做动态变化，通过记录多个前序波峰的峰值，加以平均，算出一个理论上的正常峰值)，且其波形变化比较陡峭，正常转动一圈需要10个以上采样值才能大体恢复波形，但异常情况下，只需要5个以内的采样值即可恢复波形，且两个波峰的间隔时间较短。对于这样的数据，需要进行滤除，具体实现方式为：对于峰值小于正常峰值且超过设定数值、波形变化趋势坡度大于设定值、或者离上一波峰间隔时间短于设定时间的数据不记录圈数。

步骤(5)，通过上述步骤得到的地磁波形变化图计算出设备转动的圈数。

波峰判断的过程为：根据设备转动速度不同，用于判断波峰的采样值个数也不相同，例如高速情况下采用5个采样值，低速情况下采用7个采样值，当判断的采样值列表中中间一个采样值大于其他值时，并且其他值以此值为中心依次减小，则认为这些采样值代表了一个波峰，中间的一个或两个值(当中间有两个相同的最大值时)即为波峰值。

检测设备的运动状态，共两种状态：运动和静止。根据设备的运动状态，切换设备的采样频率，一方面可以使采样数据更符合算法的要求(低速模式下过高的采样频率或者高速模式下过低的采样频率都会使得算法失效)，另一方面也可以达到省电的目的。根据检测的设备运动速度动态地调整步骤(4)中的用于恢复地磁波形变化图的采样值个数：高速情况下通过少量的采样值即可计算出地磁波形，低速情况则需要的采样值较多。

本发明的基于地磁传感器的计圈方法解决了物体做圆周运动时的精确计圈问题，这种解决方案可以通过地磁传感器采集的数据精确计算出转动圈数，过滤掉错误的数据，对由外界影响而产生的数据也有去噪处理，生成的结果值精度高，系统成本低。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (8)

1.一种基于地磁传感器的计圈方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)，通过地磁传感器采集地磁数据；

步骤(2)，检查采集到的地磁数据的正确性，丢弃错误的采样值；

步骤(3)，对采集到的地磁数据进行平滑处理；

步骤(4)，根据采集的地磁数据恢复出地磁波形变化图；

步骤(5)，通过上述步骤(4)得到的地磁波形变化图计算出设备转动的圈数。

2.如权利要求1所述的一种基于地磁传感器的计圈方法，其特征在于，所述步骤(2)中的检错过程具体包括：

步骤(a)、检测采集数据是否在有效范围内，若超出范围，则认为此次采集的地磁值错误并丢弃；

步骤(b)、将采集的地磁数据与之前采集的地磁数据进行比较，若差值大于一定值，则认为此次采集的地磁数据错误并丢弃。

3.如权利要求1所述的一种基于地磁传感器的计圈方法，其特征在于，

所述步骤(3)中，对地磁数据进行平滑处理的过程，具体为：

将本次采集的地磁数据与之前多个采集值取平均作为新的采集值。

4.如权利要求1所述的一种基于地磁传感器的计圈方法，其特征在于，在所述步骤(4)恢复出地磁波形变化图之后，进行步骤(5)计算设备转动圈数之前，还包括用以消除地磁采样错误或偏差过大带来的影响的步骤。

5.如权利要求4所述的一种基于地磁传感器的计圈方法，其特征在于，所述用以消除地磁采样错误或偏差过大带来的影响的步骤，具体实现方式为：对于小于正常峰值并超过设定数值的峰值数据、或者波形变化趋势坡度大于设定值的数据、或者离上一波峰间隔时间短于设定时间的数据不记录圈数。

6.如权利要求1所述的一种基于地磁传感器的计圈方法，其特征在于，根据设备的运动状态，切换设备的采样频率。

7.如权利要求6所述的一种基于地磁传感器的计圈方法，其特征在于，

根据检测的设备的运动速度，动态地调整步骤(4)中的用于恢复地磁波形变化图的采样值个数：高速情况下通过少量的采样值恢复地磁波形变化图，低速情况则需要较多的采样值恢复地磁波形变化图。

8.如权利要求1所述的一种基于地磁传感器的计圈方法，其特征在于，所述地磁波形变化图中波峰的个数对应转动的圈数，波峰判断的过程为：当判断的采样值列表中中间一个采样值大于其他值时，并且其他值以此值为中心依次减小，则认为这些采样值代表了一个波峰，中间的一个或两个值即为波峰值。