CN111121705A - 一种基于六轴检测的开门状态检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种基于六轴检测的开门状态检测系统及方法，包括陀螺仪、加速度计、六轴融合算法模块、逻辑判断模块和状态上报模块。基于该系统的开门状态检测方法包括获取门开关时的转动的角度和加速度，利用六轴融合角度算法获取门每一次的实际开关角度，利用开关门判断逻辑算法判断门的状态和上报门的开关状态。本发明的优点是：采用加速度计和陀螺仪获取门实际转动角度，能够准确的获取角度并消除温漂和零漂产生的影响，利用开关门判断逻辑算法检测门的状态，能够防止误判的情况产生，而且可以进一步的消除由于六轴传感器位置移动造成零漂的影响。
Description
技术领域
本发明涉及物联网领域，尤其涉及一种基于六轴检测的开门状态检测系统及方法。
背景技术
随着社会的进步，在日常生活中物联网技术的应用越来越广泛，如利用物联网技术检测门的开关状态，常用的门开关检测方式包括陀螺仪检测、磁力计检测和门磁检测。上述三中方式均存有不足之处：
当使用陀螺仪单独测量角度时，由于没有加速度计进行补偿，陀螺仪采样角速度数据时会受到外部作用力的影响。当用力开关门时，门扇会有一个很大的加速度，若陀螺仪的采样频率太小，会导致积分得到的角度与实际角度相差太大。如果提高陀螺仪的采样频率，又会导致功耗偏高。而且陀螺仪存在温漂和零漂的问题，会导致角度失真。
当使用磁力计测量角度时，虽然能较为准确地反应出开门角度，从而判断出开关门状态。但是磁力计受外界磁性物质干扰较大，当磁性物质的磁场较大时，可能会出现误判的情况。并且磁力计也会存在零漂的问题，导致角度失真。
门磁检测虽然能较为准确地判断出开关门的状态，但是安装和布线复杂，需要打孔安装引线。而且门磁检测对门安装要求较高，如果门体与门框之间的空隙较大，会导致门体在关门的情况下也会晃动，从而出现误判开门的情况。
发明内容
本发明主要解决了上述问题，提供了一种能够准确获取门开关角度和门开关状态的基于六轴检测的开门状态检测系统及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是,一种基于六轴检测的开门状态检测系统，包括：
陀螺仪，检测门开关的角度；
加速度计，检测门在开关时的加速度；
六轴融合算法模块，利用检测到的门开关角度和加速度计算门实际开关角度；
逻辑判断模块，获取门每一次实际开关角度确定门的开关状态；
状态上报模块，根据逻辑判断模块的判断信息上报门的开关状态。
陀螺仪和加速度计组成六轴传感器，获取门的角度信息和加速度信息，六轴融合算法模块计算门的实际转动角度，再通过逻辑判断模块确定门当前状态，状态上报模块通过无线网络上报门的实时状态。
本发明还提供一种基于六轴检测的开门状态检测方法，采用上述一种基于六轴检测的开门状态检测系统进行检测，包括以下步骤：
S1：获取门开关时的转动的角度和加速度；
S2：利用六轴融合角度算法获取门每一次的实际开关角度；
S3：利用开关门判断逻辑算法判断门的状态；
S4：上报门的开关状态。
作为上述方案的一种优选方案，所述步骤S2中获取门的实际开关角度，包括以下步骤：
S21：以加速度计为原点建立三维坐标系；
S22：定时采样加速度计在坐标系x轴、y轴和z轴的加速度ax、ay和az；
S23:计算在坐标系x轴、y轴和z轴的力Fx、Fy和Fz；
S24：计算加速度计所受的力
S25:计算当前采样得到的力与上次采样得到的力的差值ΔF，将已ΔF和陀螺仪累加得到的角度为已知条件利用卡尔曼计算出门实际开关角度。考虑加速度对门实际角度的影响，消除温漂和零漂产生的影响，能够准确的获取门转动的实际角度。
作为上述方案的一种优选方案，所述步骤S3中开门的状态判断包括关门到开门检测和开门到关门检测，所述关门到开门检测包括以下步骤：
S301:获取单次角度；
S302：计算累计角度并判断累计角度是否大于第一开门角度，若是则进入步骤S303；若否则回退至步骤S301；
S303：若是则判断单次角度是否大于防干扰角度，若是，则上报开门；若否则回退至步骤S301。防干扰角度的设置用于避免敲门或者门体松动等情况下对检测结果产生干扰，第一开门角度为判断门是否有开门转动的判断依据。
作为上述方案的一种优选方案，所述开门到关门检测包括以下步骤：
S311：进行门静止检测,若门处于静止状态则进入步骤S312；否则继续进行门静止检测；
S312：判断累计角度是否小于第一开门角度，若是，则上报关门，若否则不进行上报。
作为上述方案的一种优选方案，所述开门到开门检测包括以下步骤：
S321：获取单次角度；
S322：判断单次角度是否大于第二开门角度，若是则上报开门；否则不上报。
作为上述方案的一种优选方案，所述步骤S311中门静止检测包括以下步骤：
S61：连续多次检测门的角度差；
S62：若每一次检测到的门的角度差均小于预设的静止角度，则上报门为静止状态，否则，则回退至步骤S61。
作为上述方案的一种优选方案，所述单次角度为从门从静止状态到活动状态再到静止状态期间门所转动的角度。
作为上述方案的一种优选方案，所述累计角度为所有单次角度的累加和。
作为上述方案的一种优选方案，所述第一开门角度、第二开门角度和防干扰角度为预设值。
本发明的优点是：采用加速度计和陀螺仪获取门实际转动角度，能够准确的获取角度并消除温漂和零漂产生的影响，利用开关门判断逻辑算法检测门的状态，能够防止误判的情况产生，而且可以进一步的消除由于六轴传感器位置移动造成零漂的影响。
附图说明
图1为基于六轴检测的开门状态检测方法的一种流程示意图。
图2为本发明中六轴融合角度算法的一种流程示意图。
图3为本发明中关门到开门检测的一种流程示意图。
图4为本发明中开门到关门检测的一种流程示意图。
图5为本发明中门静止检测的一种流程示意图。
图6为本发明中开门到开门检测的一种流程示意图
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例：
本实施例一种基于六轴检测的开门状态检测系统，包括：用于检测门开关的角度陀螺仪，用于检测门在开关时的加速度加速度计，利用检测到的门开关角度和加速度计算门实际开关角度的六轴融合算法模块，获取门每一次实际开关角度确定门的开关状态的逻辑判断模块及根据逻辑判断模块的判断信息上报门的开关状态的状态上报模块，角度陀螺仪和加速度计均组成六轴传感器，六轴传感器设置在门上，六轴传感器、角度融合算法模块、逻辑判断模块和状态上报模块依次相连。
对应的本实施例还提出一种基于六轴检测的开门状态检测方法，采用本实施中的基于六轴检测的开门状态检测系统，如图1所示，包括以下步骤：
S1：获取门开关时的转动的角度和加速度；
S2：利用六轴融合角度算法获取门每一次的实际开关角度，如图2所示，包括：
S21：以加速度计为原点建立三维坐标系；
S22：定时采样加速度计在坐标系x轴、y轴和z轴的加速度ax、ay和az；
S23:计算在坐标系x轴、y轴和z轴的力Fx、Fy和Fz；
S24：计算加速度计所受的力
S25:计算当前采样得到的力与上次采样得到的力的差值ΔF，将已ΔF和陀螺仪累加得到的角度为已知条件利用卡尔曼计算出门实际开关角度；
S3：利用开关门判断逻辑算法判断门的状态，开关门判断逻辑算法包括关门到开门检测、开门到关门检测和开门到开门检测；
S4：上报门的开关状态。
如图3所示，关门到开门检测包括以下步骤：
S301:获取单次角度；单次角度为从门从静止状态到活动状态再到静止状态期间门所转动的角度，门从静止状态到活动状态再到静止状态为一个里程，每一个里程结束后单次角度清零，本实施例中设开门方向的单次角度为正值，关门方向的单次角度为负值；
S302：计算累计角度并判断累计角度是否大于第一开门角度，若是则进入步骤S303；若否则回退至步骤S301；累计角度为所有单次角度的累加和，累计角度取值范围为0到90度。累计角度具有零度自动校准机制，即在累计角度小于零时，直接将累计角度归零，若在一个里程内上报过开门，则在该里程结束后，把单次角度直接赋给累计角度，该机制主要用于恢复因六轴位置发生变化或者六轴没有被触发等特殊原因导致累计角度错乱的数值。第一开门角度为预设值，用于判断门是否为打开状态，第一开门角度值越大检测的灵敏度就越低，第一开门角度值过小则容易造成误判，本实施例中第一开门角度设为15度；
S303：若是则判断单次角度是否大于防干扰角度，若是，则上报开门；若否则回退至步骤S301。防干扰角度用于排除敲门、门体松动等情况对检测结果的影响，本实施例中防干扰角度设为5度。
如图4所示，开门到关门检测包括以下步骤：
S311：进行门静止检测,若门处于静止状态则进入步骤S312；否则继续进行门静止检测；
S312：判断累计角度是否小于第一开门角度，若是，则上报关门，若否则不进行上报。
如图5所示，门静止检测包括以下步骤：
S61：连续多次检测门的角度差，当门累计角度在20度到70度之间时，门处于半开门半关门状态，此时门被操作的可能性很大，因此在此状态下，连接检测7次；当门累计角度小于20度或大于70度时，连接检测3次；
S62：若每一次检测到的门的角度差均小于预设的静止角度，则上报门为静止状态，否则，则继续进行门静止检测。静止角度为预设值，本实施例中设静止角度为2度，静止角度取值根据实际情况而定，当静止角度过大或过小均会影响门静止检测的结果。
如图6所示，开门到开门检测包括以下步骤：
S321：获取单次角度；
S322：判断单次角度是否大于第二开门角度，若是则上报开门；否则不上报。第二开门角度为预设值，在非关门的情况下，需要门打开的单次角度大于第二开门角度才会上报开门，本实施例中第二开门角度为75度，第二开门角度设置能减少或避免开门状态多次重报。
本实施例所述系统在上电后，首先需要将第一开门角度、第二开门角度和防干扰角度等参数初始化，用于后面开关门状态判断。接着单次角度、累计角度和六轴融合的角度归零，并且校准角度，只需校准一次，只要六轴的位置不发生变换，后期再次上电也不需要校准，为了将后面获得的六轴融合角度调整到0～90°的范围内。
以上步骤完成后，陀螺仪处于休眠状态，加速度计处于低功耗状态。当有外界作用力施加时，加速度计被中断触发唤醒。接着唤醒陀螺仪，将陀螺仪配置成工作模式，开始获得角速度，并且根据采样周期计算得到每个采样周期的角度，然后进行累加。最后将加速度计获得的瞬间作用力和陀螺仪计算得到的角度进行融合，获得最终角度，即为单次角度。
获得单次角度的同时，进行判断检测开关门状态。检测开门状态时，首先决定开门判断为第一开门角度还是第二开门角度，默认第一次为第一开门角度。如果开门判断为第一开门角度，则只要累计角度大于第一开门角度就会上报开门；如果开门判断为第二开门角度，则需要单次角度大于第二开门角度才会上报开门。
检测关门状态时，只有在门保持静止(角度差持续小于2°时认为是静止状态)时才会开始检测。累计角度大于20°且小于70°时角度差持续小于2°的判断次数为7，累计角度在其他角度范围时其判断次数为3。因为门在20°至70°范围内时，处于半开门半关门状态，也就是未完成状态。在该状态下门会被操作的可能性较大，所以为了防止六轴休眠导致遗漏计算角度，角度差持续小于2°的判断次数会比其他角度范围的次数高，也就是推迟六轴进行休眠的时间。
当检测门为静止状态时，会判断累计角度是否小于15°。如果小于15°，则判断是关门状态并上报关门，同时会把下一个里程的开门判断设置为第一开门角度；否则不会判断为关门状态也不会上报关门，并且把下一个里程的开门判断设置为第二开门角度。接着会去判断该里程内有没有上报过开门，如果上报过开门，则会将该里程的单次角度赋给累计角度，为了防止六轴位置发生变化等其他因素导致零度不准的情况发生时无法自恢复。最后进入休眠保持低功耗状态。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (10)
1.一种基于六轴检测的开门状态检测系统，其特征是：包括：
陀螺仪，检测门开关的角度；
加速度计，检测门在开关时的加速度；
六轴融合算法模块，利用检测到的门开关角度和加速度计算门实际开关角度；
逻辑判断模块，获取门每一次实际开关角度确定门的开关状态；
状态上报模块，根据逻辑判断模块的判断信息上报门的开关状态。
2.一种基于六轴检测的开门状态检测方法，采用权利要求1所述的系统，其特征是，包括以下步骤：
S1：获取门开关时的转动的角度和加速度；
S2：利用六轴融合角度算法获取门每一次的实际开关角度；
S3：利用开关门判断逻辑算法判断门的状态；
S4：上报门的开关状态。
3.根据权利要求2所述的一种基于六轴检测的开门状态检测方法，其特征是：所述步骤S2中六轴融合角度算法，包括以下步骤：
S21：以加速度计为原点建立三维坐标系；
S22：定时采样加速度计在坐标系x轴、y轴和z轴的加速度ax、ay和az；
S23:计算在坐标系x轴、y轴和z轴的力Fx、Fy和Fz；
S24：计算加速度计所受的力
S25:计算当前采样得到的力与上次采样得到的力的差值ΔF，将已ΔF和陀螺仪累加得到的角度为已知条件利用卡尔曼计算出门实际开关角度。
4.根据权利要求2所述的一种基于六轴检测的开门状态检测方法，其特征是：所述步骤S3中开关门判断逻辑算法包括关门到开门检测、开门到关门检测和开门到开门检测，所述关门到开门检测包括以下步骤：
S301:获取单次角度；
S302：计算累计角度并判断累计角度是否大于第一开门角度，若是则进入步骤S303；若否则回退至步骤S301；
S303：若是则判断单次角度是否大于防干扰角度，若是，则上报开门；若否则回退至步骤S301。
5.根据权利要求4所述的一种基于六轴检测的开门状态检测方法，其特征是：所述开门到关门检测包括以下步骤：
S311：进行门静止检测,若门处于静止状态则进入步骤S312；否则继续进行门静止检测；
S312：判断累计角度是否小于第一开门角度，若是，则上报关门，若否则不进行上报。
6.根据权利要求4所述的一种基于六轴检测的开门状态检测方法，其特征是：所述开门到开门检测包括以下步骤：
S321：获取单次角度；
S322：判断单次角度是否大于第二开门角度，若是则上报开门；否则不上报。
7.根据权利要求5所述的一种基于六轴检测的开门状态检测方法，其特征是：所述步骤S311中门静止检测包括以下步骤：
S61：连续多次检测门的角度差；
S62：若每一次检测到的门的角度差均小于预设的静止角度，则上报门为静止状态，否则，则回退至步骤S61。
8.根据权利要求4或5或6所述的一种基于六轴检测的开门状态检测方法，其特征是：所述单次角度为从门从静止状态到活动状态再到静止状态期间门所转动的角度。
9.根据权利要求4或5或6所述的一种基于六轴检测的开门状态检测方法，其特征是：所述累计角度为所有单次角度的累加和。
10.根据权利要求4或5或6所述的一种基于六轴检测的开门状态检测方法，其特征是：所述第一开门角度、第二开门角度和防干扰角度为预设值。
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