CN110468555A - 一种检测洗衣机位移数据的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种检测洗衣机位移数据的方法，是预置一个振动位移测量处理模块MEMS传感器，通过MEMS传感器通讯协议采集洗衣机外桶的三轴加速度数据，然后根据洗衣机的转速，选择不同的滤波器系数和增益的滤波器，得到精度高的洗衣机位移数据，将洗衣机位移数据实时传递给串口，串口在接收洗衣机实时转速的同时，会将当前位移实时返回给洗衣机控制器，以用来控制洗衣机运转电机的转速。

Description

一种检测洗衣机位移数据的方法

技术领域

本发明涉及到家电领域，较为具体的，涉及到一种检测洗衣机位移数据的方法。

背景技术

洗衣机脱水时，采用电机作为动力源，电机在工作运转时产生的振动，变成洗衣机的振源，内筒在电机的带动下进行旋转，由于衣物的存在，内部会产生偏心负载，使内筒受到变载荷和变方向偏心，产生振动，同时外筒由于电机的振动和内筒的振动带动下也会发生振动，外筒通过支撑装置连接在箱体上，外筒的振动通过阻尼器会传递到箱体上，是箱体发生振动，箱体的振动会传递到底座上，由于振动是相互的，在众多的综合因素下形成了洗衣机整体的振动，电机和不平衡时造成洗衣机振动的原因，这不仅会严重影响用户感受，并且会降低洗衣机的使用寿命。

洗衣机振动过程是一个复杂的运动，既有直线运动，又有角运动，直线运动在三个反向上运动，转动也是围绕不同的轴进行转动。现有技术是采用进口的微处理单元，将整个进口的微处理单元安装在洗衣机外筒上，波轮洗衣机安装在外筒底部，滚筒洗衣机安装在外筒的后部，通过进口的微处理单元发出反馈给洗衣机主控板的检测振幅值的转换数值发送给电机，调整电机的转数和频率来增加或减少相应方向的阻尼力，由于现有技术采用的是进口微处理单元和传感器，成本相对较高，但是技术的精度和稳定性不够高，导致产品一致性不好，影响用户体验。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种检测洗衣机位移数据的方法，线路板同一个元器件封装，既支持进口传感器，又同时兼容多家国内厂商的传感器，既降低了成本，又增长了产品的生命周期。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种检测洗衣机位移数据的方法，包括如下步骤:

通过MEMS传感器通讯协议采集洗衣机外桶的三轴加速度数据；其中通讯协议步骤如下：

a.主控每16ms发送一个数据包，发送后等待3d传感器发送数据包；

b.如果接收的数据包第1字节不为ACK，或CRC校验错误时，则通讯异常计数单元递增，接收数据错误时，不立即再次发送，遵从16ms间隔，下次再发送；如果接收的第1字节为ACK，且CRC校验正确，则通讯异常计数单元清零；

c.从一个数据包发送完成到下个数据包发送时，仍然没有接收到返送数据包，则通讯异常计数单元递增；

d.通讯异常计数单元值累计到5次时，停止发送数据100ms，100ms后再次通讯，连续3次通讯异常后，停止发送数据300ms，300ms后再次通讯，连续4次通讯异常，则通讯异常报警；

e.当接收数据正常，则返送数据的第1字节为：ACK；接收数据异常，则返送数据的第1字节为:NAK,第二个字节x轴数据，第三个字节y轴数据，第四个字节z轴数据，第五个字节CRC校验值；

将采集到的加速度数据分别通过振动位移计算公式二次积分换算得到相应的位移数据；

MUC微处理器根据MEMS传感器采集到的实时转速与当前位移数据实时返回给洗衣机控制器，用来控制洗衣机运转电机的转速；

进一步的，在MEMS传感器采集数据之前应该进行MEMS传感器校正，采集一定数量的MEMS传感器并取平均作为基准值，以后读取的MEMS传感器数据满足：洗衣机转速为0且1s内MEMS传感器波动≤±1时，会再次进行MEMS传感器校正，以消除MEMS传感器数据的漂移；

进一步的，为了保证MEMS传感器数据的精度，在MEMS传感器校正后启动一个2ms中断的定时器，定时器计时达到2ms时，则产生中断，进入中断服务程序进行MEMS传感器数据的读取，如果未达到2ms则继续计时；

进一步的，为了得到精度高又稳定的位移数据，对MCU微处理器读取到的MEMS传感器上的实际值进行滤波，根据洗衣机的转速，选择不同的滤波器系数和增益，以滤除与洗衣机转速无关的干扰信号，根据数学理论：加速度积分得到速度，速度积分得到位移，进行转换，得到精度高的位移数据；

进一步的，由于洗衣机扭动信号叠加到正常的振动信号中，导致所得到的位移呈规律性波动，根据洗衣机的转速进行二次滤波，从而得到更加精确的位移数据；

进一步的，在得到精度高的位移数据后，还包括位移串口的实时输出步骤，串口在接收洗衣机实时转速的同时，会将当前位移实时返回给洗衣机控制器，以用来控制洗衣机运转电机的转速；

进一步的，判断是否停止采集，如果停止，则结束；否则等待下一次2ms中断。

由此可见，上述发明一种检测洗衣机位移数据的方法，振动位移数值通过MCU微处理单元和MEMS传感器的配合测量处理，使传送给控制器的数值精度提高了0.2～0.6mm，并且提高了洗衣机位移模块的稳定性，同时，由于线路板一个元器件封装，既支持进口传感器，又同时兼容多家国内厂商的传感器，既降低了成本，又增长了产品的生命周期。

附图说明

图1为本发明的电路结构图。

图2为本发明的洗衣机位移模块程序流程图。

具体实施方式

图1为本发明的电路结构图和图2为本发明的洗衣机位移模块程序流程图所示，本发明的洗衣机位移模块检测洗衣机振动位移数据的方法，包括如下步骤：

洗衣机上电的同时给洗衣机位移模块上电；

MCU微处理器、MEMS传感器、定时器、串口初始化；如图2中S101所示；

MEMS传感器校正，MEMS传感器校正初始化后，采集一定数量的MEMS传感器加速度数据并取平均作为基准值，以后读取的MEMS传感器数据满足一定条件时，会再次进行MEMS传感器校正，以消除MEMS传感器数据的漂移；如图2中S102所示；

启动定时器；如图2中S103所示；

MCU微处理器判断定时器计时是够达到设定时间，如果达到则读取MEMS传感器数据，如果不达到则继续计时，本发明的设定时间为2ms；如图2中S104所示；

MEMS传感器采集洗衣机外桶的三轴加速度数据，即MCU微处理器通过通讯协议从MEMS传感器中读取加速度数值；如图2中S105所示；

将采集到的加速度数值减去MEMS传感器校正的基准值，等到实际值，根据洗衣机的转速，选择不同的滤波器系数和增益，滤波器算法公式：

y[n]＝b0*x[n]+b1*x[n-1]+b2*x[n-2]-a1*y[n-1]-a2*y[n-2]

滤波器采用2个滤波器级联的方式，每个滤波器需要5个系数，即b0、b1、b2、a1、a2，滤波后的结果要乘以2个增益数值才是实际结果，当洗衣机的转速低于300转时，选择的一个滤波器系数为：1.0f,2.0f,1.0f,1.938439716019559f,-0.94396270796252757f；选择的另一个滤波器系数为：1.0f,2.0f，1.0f,1.8645578256348248f,-0.86987031369575163f,选择的增益为：0.001380747985742143*0.0013281220152316863；当洗衣机的转速高于300转时，选择的一个滤波器系数为：1.0f,0.0f,-1.0f,1.9646374280116894f,-0.96530554755066478f；选择的另一个滤波器系数为：1.0f,0.0f,-1.0f,1.1850698067969119f,-0.44279220256093388f,选择的增益为：0.25094562334265075*0.25094562334265075。

对上述加速度数实际值进行滤波，以滤除与转速无关的干扰信号，然后根据数学理论，进行转换，等到精度高的位移数据；由于洗衣机扭动信号叠加到正常的振动信号中，导致所得到的位移呈规律性波动；再根据洗衣机的转速，将洗衣机的转速分为6个段，分别为0～400转，400～600转，600～800转，800～1000转，1000～1200转，1200～1400转，在每个段均进行一次二次滤波，从而得到既精度高又稳定的位移数据；如图2中S106所示；

位移数据的输出步骤；如图2中S107所示；

串口在接收洗衣机实时转速的同时，将当前位移实时返回给洗衣机控制器，以用来控制洗衣机运转电机的转速；如图2中S108所示；

判断是否停止采集，如果停止，则结束；否则转至步骤S104；如图2中S109所示。

本发明的一种检测洗衣机位移数据的方法，是预置一个振动位移测量处理模块MEMS传感器，通过MEMS传感器通讯协议采集洗衣机外桶的三轴加速度数据，然后根据洗衣机的转速，选择不同的滤波器系数和增益的滤波器，得到精度高的洗衣机位移数据，将洗衣机位移数据实时传递给串口，串口在接收洗衣机实时转速的同时，会将当前位移实时返回给洗衣机控制器，以用来控制洗衣机运转电机的转速。

所述MEMS传感器通讯协议的步骤包括：

a.主控每16ms发送一个数据包，发送后等待3d传感器发送数据包；

b.如果接收的数据包第1字节不为ACK，或CRC校验错误时，则通讯异常计数单元递增，接收数据错误时，不立即再次发送，遵从16ms间隔，下次再发送；如果接收的第1字节为ACK，且CRC校验正确，则通讯异常计数单元清零；

c.从一个数据包发送完成到下个数据包发送时，仍然没有接收到返送数据包，则通讯异常计数单元递增；

d.通讯异常计数单元值累计到5次时，停止发送数据100ms，100ms后再次通讯，连续3次通讯异常后，停止发送数据300ms，300ms后再次通讯，连续4次通讯异常，则通讯异常报警；

e.当接收数据正常，则返送数据的第1字节为：ACK；接收数据异常，则返送数据的第1字节为:NAK,第二个字节x轴数据，第三个字节y轴数据，第四个字节z轴数据，第五个字节CRC校验值；

所述CRC校验算法为：

循环冗余校验(CRC)占用一个字节，包含了一个8位的二进制值，CRC值由传送设备计算出来，然后附加到数据帧上，接收设备在接收数据时重新计算CRC值，然后与接收到的CRC值进行比较，如果这两个值不相等，就发生了错误；

进一步的，CRC运算时，首先将一个8位的寄存器预置为全1，然后连续把数据帧中的8位字节与该寄存器的当前值进行运算，仅仅每个字节的8个数据位参与生成CRC，起始位和终止位以及可能使用的奇偶位均不影响CRC；

进一步的，在生成CRC时，每个8位字节与寄存器中的内容进行异或，然后将结果向低位移位，高位则用“0”补充，最低位(LSB)移出并检测，如果是1，该寄存器就与一个预设的固定值进行一次异或运算，如果最低位为0，不作任何处理；

上述处理重复进行，直到执行完了8次移位操作，当最后一位(第8位)移完以后，下一个8位字节与寄存器中的当前值进行异或运算，同样进行上述的另一个8位移位异或操作，当数据帧中的所有字节都作了处理，生成的最终值就是CRC值。

生成一个CRC的流程为：

a.预置一个8位寄存器为0FFH，设为全1，称之为CRC寄存器；

b.把数据帧中第一个8位字节与CRC寄存器中的低字节进行异或运算，结果存回CRC寄存器；

c.将CRC寄存器向右移一位，最高位填0，最低位移出并检测。

d.如果最低位为0：重复c步骤进行下一次移位；

e.如果最低位为1：将CRC寄存器与一个预设的固定值，设为08CH进行异或运算；

f.重复第三步和第四步直到8次移位。这样处理完了一个完整的八位；

g.重复第二步到第五步来处理下一个8位，直到所有的字节处理结束。

最终CRC寄存器的值就是CRC值。所述洗衣机位移模块信号输出通讯协议振动位移量计算公式：

X方向位移量＝X方向振动量*0.2，单位为：mm

Y方向位移量＝Y方向振动量*0.2，单位为：mm

Z方向位移量＝Z方向振动量*0.2，单位为：mm

X、Y、Z方向位移量为一个振动周期内正反方向的最大振幅，输出范围：-128～+127，可以表示的位移范围为-25.6mm～+25.4mm。

所述发明洗衣机位移模块信号输出通讯协议X、Y、Z方向位移量数据发送说明：

每间隔16ms发送一次上一个单侧半周期内振动的最大位移量，如果本次单侧半周期振动为结束则持续发上个单侧半周期内振动的最大位移量。

因为CRC-8校验(c为CRC校验算法)的一个入口参数为指向8位无符号数首地址的指针，得出的值也是8位无符号数(0～255)，所以4个字的通讯格式也使用8位无符号数，二位移量数据是8位有符号数(-128～+127，相对于原始数据放大了5倍)，发送端的处理方法是：

无符号的通讯字＝放大5倍后有符号的位移量&OxFF

即按位赋值，所以接收端可以以8位无符号数的形式接收数据，接收到数据后需要做一个还原过程，CRC校验值不用：

放大5倍后的实际位移量＝无符号的通讯字&OxFF

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种检测洗衣机位移数据的方法，其特征在于：包括如下步骤:

通过MEMS传感器通讯协议采集洗衣机外桶的三轴加速度数据；其中通讯协议步骤如下：

a.主控每16ms发送一个数据包，发送后等待3d传感器发送数据包；

b.如果接收的数据包第1字节不为ACK，或CRC校验错误时，则通讯异常计数单元递增，接收数据错误时，不立即再次发送，遵从16ms间隔，下次再发送；如果接收的第1字节为ACK，且CRC校验正确，则通讯异常计数单元清零；

c.从一个数据包发送完成到下个数据包发送时，仍然没有接收到返送数据包，则通讯异常计数单元递增；

d.通讯异常计数单元值累计到5次时，停止发送数据100ms，100ms后再次通讯，连续3次通讯异常后，停止发送数据300ms，300ms后再次通讯，连续4次通讯异常，则通讯异常报警；

e.当接收数据正常，则返送数据的第1字节为：ACK；接收数据异常，则返送数据的第1字节为:NAK,第二个字节x轴数据，第三个字节y轴数据，第四个字节z轴数据，第五个字节CRC校验值；

将采集到的加速度数据分别通过振动位移计算公式二次积分换算得到相应的位移数据。

2.如权利要求1所述的检测洗衣机位移数据的方法，其特征在于：在MEMS传感器采集数据之前应该进行MEMS传感器校正，采集一定数量的MEMS传感器并取平均作为基准值，以后读取的MEMS传感器数据满足：洗衣机转速为0且1s内MEMS传感器波动≤±1时，会再次进行MEMS传感器校正。

3.如权利要求1所述的检测洗衣机位移数据的方法，其特征在于：在MEMS传感器校正后启动一个2ms中断的定时器，定时器计时达到2ms时，则产生中断，进入中断服务程序进行MEMS传感器数据的读取，如果未达到2ms则继续计时。

4.如权利要求1所述的检测洗衣机位移数据的方法，其特征在于：对MCU微处理器读取到的MEMS传感器上的实际值进行滤波，根据洗衣机的转速，选择不同的滤波器系数和增益，滤波器算法公式：

y[n]＝b0*x[n]+b1*x[n-1]+b2*x[n-2]-a1*y[n-1]-a2*y[n-2]

滤波器采用2个滤波器级联的方式，每个滤波器需要5个系数，即b0、b1、b2、a1、a2，滤波后的结果要乘以2个增益数值才是实际结果，当洗衣机的转速低于300转时，选择的一个滤波器系数为：1.0f,2.0f,1.0f,1.938439716019559f,-0.94396270796252757f；选择的另一个滤波器系数为：1.0f,2.0f，1.0f,1.8645578256348248f,-0.86987031369575163f,选择的增益为：0.001380747985742143*0.0013281220152316863；当洗衣机的转速高于300转时，选择的一个滤波器系数为：1.0f,0.0f,-1.0f,1.9646374280116894f,-0.96530554755066478f；选择的另一个滤波器系数为：1.0f,0.0f,-1.0f,1.1850698067969119f,-0.44279220256093388f,选择的增益为：0.25094562334265075*0.25094562334265075。

5.如权利要求1所述的检测洗衣机位移数据的方法，其特征在于：将洗衣机的转速分为6个段，分别为0～400转，400～600转，600～800转，800～1000转，1000～1200转，1200～1400转，在每个段均进行一次二次滤波。

6.如权利要求1所述的检测洗衣机位移数据的方法，其特征在于：在得到精度高的位移数据后，还包括位移串口的实时输出步骤，串口在接收洗衣机实时转速的同时，会将当前位移实时返回给洗衣机控制器。

7.如权利要求1所述的检测洗衣机位移数据的方法，其特征在于：判断是否停止采集，如果停止，则结束；否则等待下一次2ms中断。

8.如权利要求1所述的检测洗衣机位移数据的方法，其特征在于：CRC校验算法为：

a.预置一个8位寄存器为0FFH，设为全1，称之为CRC寄存器；

b.把数据帧中第一个8位字节与CRC寄存器中的低字节进行异或运算，结果存回CRC寄存器；

c.将CRC寄存器向右移一位，最高位填0，最低位移出并检测。

d.如果最低位为0：重复c步骤进行下一次移位；

e.如果最低位为1：将CRC寄存器与一个预设的固定值，设为08CH，进行异或运算；

f.重复第三步和第四步直到8次移位。这样处理完了一个完整的八位；

g.重复第二步到第五步来处理下一个8位，直到所有的字节处理结束。

9.如权利要求1所述的检测洗衣机位移数据的方法，其特征在于：洗衣机位移模块信号输出通讯协议振动位移量计算公式：

X方向位移量＝X方向振动量*0.2，单位为：mm

Y方向位移量＝Y方向振动量*0.2，单位为：mm

Z方向位移量＝Z方向振动量*0.2，单位为：mm

10.如权利要求1所述的检测洗衣机位移数据的方法，其特征在于：发送端的处理方法是：

无符号的通讯字＝放大5倍后有符号的位移量&OxFF

接收到数据后需要做一个还原过程，CRC校验值不用：

放大5倍后的实际位移量＝无符号的通讯字&OxFF。