CN112129399A - 一种敲击传感器算法及其敲击传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种敲击传感器算法及其敲击传感器，能有效的避免侧面敲击和低频波动的检测输出和误触发输出，其主要技术特征在于，MCU实时采集三轴加速度传感器数据，并进行以下数据运算及处理：(1)计算实时加速度的差值，是否有超过设定阈值；(2)计算实时值与移动平均值的差值，是否有超过设定阈值；(3)计算连续多次实时值与移动平均值的差值之和，是否是正面轴的差值之和最大；当满足(1)、(2)和(3)都是肯定答案时，MCU才输出一个脉冲信号，否则MCU不输出脉冲信号。

Description

一种敲击传感器算法及其敲击传感器
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，具体的，涉及一种敲击传感器算法及其敲击传感器。
背景技术
现有的敲击传感器，是将振动传感器模组与被检测物体固定在一起，应用能检测瞬时加速度的基本特性，来感知敲击信号，当振动传感器模组感知到敲击信号时，输出一个脉冲信号，通知主控。其中，振动传感器通常为三轴加速度传感器，它是基于加速度的基本原理去实现工作的，加速度是个空间矢量，一方面，要准确了解物体的运动状态，必须测得其三个坐标轴上的分量；另一方面，在预先不知道物体运动方向的场合下，只有应用三轴加速度传感器来检测加速度信号。并且，三轴加速度传感器具有体积小和重量轻特点，可以测量空间加速度，能够全面准确反映物体的运动性质，因此，三轴加速度传感器在航空航天、机器人、汽车和医学等领域得到广泛的应用。
应用三轴加速度传感器的敲击传感器，当有正面敲击和侧面敲击时，都会检测输出，当有缓慢重压或者喇叭等低频波动时，也会检测输出，但是，敲击传感器在实际使用时要求：只有正面敲击时，才能检测输出；侧面敲击时，不能检测输出，以及低频波动时，不能误触发输出。
一方面，由于三轴加速度传感器本身具有感知正面和两个侧面，一共三个方向的敲击信号的能力，所以难以避免侧面敲击时不进行检测输出；另一方面，敲击传感器采用MCU实时采集三轴加速度传感器数据并进行数据处理，但是目前的MCU没有进行低频波动过滤、或者没有有效的进行低频波动过滤，导致还是会有误触发输出。
有鉴于此，本发明提供一种敲击传感器算法及其敲击传感器，能有效的避免侧面敲击和低频波动的检测输出和误触发输出，并且成本低。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种敲击传感器算法及其敲击传感器，能有效的避免侧面敲击和低频波动的检测输出和误触发输出，并且成本低。
一种敲击传感器算法，MCU实时采集三轴加速度传感器数据，并进行以下数据运算及处理：
(1)计算实时加速度的差值，是否有超过设定阈值；
(2)计算实时值与移动平均值的差值，是否有超过设定阈值；
(3)计算连续多次实时值与移动平均值的差值之和，是否是正面轴的差值之和最大；
当满足(1)、(2)和(3)都是肯定答案时，MCU才输出一个脉冲信号，否则MCU不输出脉冲信号。
在一些实施方式中，通过计算实时加速度的差值是否有超过设定阈值，来判断是否有发生振动，实时加速度的差值有超过设定阈值，则有发生振动；通过计算实时值与移动平均值的差值是否有超过设定阈值，来过滤低频波动；通过计算连续多次实时值与移动平均值的差值之和，哪个轴的差值之和最大，说明哪个轴发生了敲击，正面轴的差值之和最大，说明正面轴发生了敲击。
进一步的，所述实时采集一次三轴加速度传感器数据、并进行数据运算及处理的时间周期为2ms。
进一步的，由于，实时采集一次三轴加速度传感器数据、并进行数据运算及处理的时间周期为2ms，时间非常的短，因此，缓慢重压或者喇叭等低频波动，不会满足(1)和(2)是肯定答案，MCU不输出脉冲信号，有效避免误触发输出；当两个侧面敲击时，满足(1)和(2)是肯定答案，但是不会满足(3)也是肯定答案，MCU不输出脉冲信号，有效避免侧面敲击的检测输出；只有当正面敲击时，才满足(1)、(2)和(3)都是肯定答案，则判断为有效敲击，MCU才会输出一个脉冲信号。
进一步的，所述正面敲击，为正面被手指敲击、或者被物体撞击的信号。
进一步的，通过修改MCU里的软件代码，实现本发明的敲击传感器算法的应用。
一种敲击传感器，包括：连接器、电源转换电路、三轴加速度传感器、MCU、电平转换电路，连接器与电源转换电路的输入端连接，电源转换电路的输出端与三轴加速度传感器和MCU的输入端连接，三轴加速度传感器的输出端与 MCU的输入端连接，MCU的输出端与电平转换电路的输入端连接，电平转换电路的输出端与连接器连接，连接器与外接主控连接，其特征在于，MCU实时采集三轴加速度传感器数据，并进行以下数据运算及处理：
(1)计算实时加速度的差值，是否有超过设定阈值；
(2)计算实时值与移动平均值的差值，是否有超过设定阈值；
(3)计算连续多次实时值与移动平均值的差值之和，是否是正面轴的差值之和最大；
当满足(1)、(2)和(3)都是肯定答案时，MCU才输出一个脉冲信号到电平转换电路，否则MCU不输出脉冲信号，电平转换电路进行电压转换并将脉冲信号传输到连接器，连接器将信号传输到外接主控。
在一些实施方式中，连接器提供5V电源，电源转换电路将5V电压转换为 3.3V电压，然后给三轴加速度传感器和MCU供电，MCU的输入端与三轴加速度传感器进行通信，三轴加速度传感器用于感知三轴(X、Y、Z)的瞬时加速度，MCU读取加速度数据后，经过上述数据运算及处理，判断为正面敲击(有效敲击)时，MCU才输出一个脉冲信号到电平转换电路。
进一步的，所述敲击传感器还包括：指示灯电路，所述指示灯电路与MCU 连接，当MCU输出一个脉冲信号时，指示灯电路的指示灯点亮。
进一步的，所述敲击传感器还包括：SWD烧录接口和UART调试串口，所述 SWD烧录接口和UART调试串口与MCU连接，SWD烧录接口用于将算法程序烧录到MCU中，UART调试串口用于打印MCU算法的调试信息。
进一步的，连接器还与静电保护电路连接，静电保护电路包含两个静电保护二极管，进行静电保护。
进一步的，所述敲击传感器的工作温度为：-40℃至85℃。
MCU(Microcontroller Unit；MCU)，微控制单元，又称单片微型计算机 (SingleChip Microcomputer)或者单片机。
本发明的敲击传感器算法及其敲击传感器，与现有技术相比，主要是优化了MCU对采集到的三轴加速度传感器数据的数据运算方法及处理方法，具体为修改MCU里的软件代码。由于，实时采集一次三轴加速度传感器数据、并进行数据运算及处理的时间周期为2ms，时间非常的短，因此，缓慢重压或者喇叭等低频波动，不会满足(1)和(2)是肯定答案，MCU不输出脉冲信号，有效避免误触发输出；当两个侧面敲击时，满足(1)和(2)是肯定答案，但是不会满足(3)也是肯定答案，MCU不输出脉冲信号，有效避免侧面敲击的检测输出；只有当正面敲击时，才满足(1)、(2)和(3)都是肯定答案，则判断为有效敲击，MCU才会输出一个脉冲信号。因此，能有效的避免侧面敲击和低频波动的检测输出和误触发输出，并且通过SWD烧录接口将算法程序烧录到MCU中即可应用本发明，成本低。
具体实施方式
描述以下实施例以辅助对本发明的理解，实施例不是也不应当以任何方式解释为限制本发明的保护范围。
在以下描述中，本领域的技术人员将认识到，在本论述的全文中，组件可描述为单独的功能单元(可包括子单元)，但是本领域的技术人员将认识到，各种组件或其部分可划分成单独组件，或者可整合在一起(包括整合在单个的系统或组件内)。
此外，组件或系统之间的连接并不旨在限于直接连接。相反，在这些组件之间的数据可由中间组件修改、重格式化、或以其它方式改变。另外，可使用另外或更少的连接。还应注意，术语“联接”、“连接”、或“输入”“固定”应理解为包括直接连接、通过一个或多个中间设备来进行的间接连接或固定。
实施例1：
一种敲击传感器算法，MCU实时采集三轴加速度传感器数据，并进行以下数据运算及处理：
(1)计算实时加速度的差值，是否有超过设定阈值；
(2)计算实时值与移动平均值的差值，是否有超过设定阈值；
(3)计算连续多次实时值与移动平均值的差值之和，是否是正面轴的差值之和最大；
当满足(1)、(2)和(3)都是肯定答案时，MCU才输出一个脉冲信号，否则MCU不输出脉冲信号。
通过计算实时加速度的差值是否有超过设定阈值，来判断是否有发生振动，实时加速度的差值有超过设定阈值，则有发生振动；通过计算实时值与移动平均值的差值是否有超过设定阈值，来过滤低频波动；通过计算连续多次实时值与移动平均值的差值之和，哪个轴的差值之和最大，说明哪个轴发生了敲击，正面轴的差值之和最大，说明正面轴发生了敲击。所述实时采集一次三轴加速度传感器数据、并进行数据运算及处理的时间周期为2ms。由于，实时采集一次三轴加速度传感器数据、并进行数据运算及处理的时间周期为2ms，时间非常的短，因此，缓慢重压或者喇叭等低频波动，不会满足 (1)和(2)是肯定答案，MCU不输出脉冲信号，有效避免误触发输出；当两个侧面敲击时，满足(1)和(2)是肯定答案，但是不会满足(3)也是肯定答案，MCU不输出脉冲信号，有效避免侧面敲击的检测输出；只有当正面敲击时，才满足(1)、(2)和(3)都是肯定答案，则判断为有效敲击，MCU 才会输出一个脉冲信号。
所述正面敲击，为正面被手指敲击、或者被物体撞击的信号。通过修改MCU 里的软件代码，实现本发明的敲击传感器算法的应用。
实施例2：
一种敲击传感器，包括：连接器、电源转换电路、三轴加速度传感器、MCU、电平转换电路，连接器与电源转换电路的输入端连接，电源转换电路的输出端与三轴加速度传感器和MCU的输入端连接，三轴加速度传感器的输出端与 MCU的输入端连接，MCU的输出端与电平转换电路的输入端连接，电平转换电路的输出端与连接器连接，连接器与外接主控连接，其特征在于，MCU实时采集三轴加速度传感器数据，并进行以下数据运算及处理：
(1)计算实时加速度的差值，是否有超过设定阈值；
(2)计算实时值与移动平均值的差值，是否有超过设定阈值；
(3)计算连续多次实时值与移动平均值的差值之和，是否是正面轴的差值之和最大；
当满足(1)、(2)和(3)都是肯定答案时，MCU才输出一个脉冲信号到电平转换电路，否则MCU不输出脉冲信号，电平转换电路进行电压转换并将脉冲信号传输到连接器，连接器通知外接主控。
连接器提供5V电源，电源转换电路将5V电压转换为3.3V电压，然后给三轴加速度传感器和MCU供电，MCU的输入端与三轴加速度传感器进行通信，三轴加速度传感器用于感知X、Y、Z三轴的瞬时加速度，MCU读取加速度数据后，经过上述数据运算及处理，判断为正面敲击(有效敲击)时，MCU才输出一个脉冲信号到电平转换电路。所述敲击传感器还包括：指示灯电路，所述指示灯电路与MCU连接，当MCU输出一个脉冲信号时，指示灯电路的指示灯点亮。所述敲击传感器还包括：SWD烧录接口和UART调试串口，所述SWD 烧录接口和UART调试串口与MCU连接，SWD烧录接口用于将算法程序烧录到 MCU中，UART调试串口用于打印MCU算法的调试信息。连接器还与静电保护电路连接，静电保护电路包含两个静电保护二极管，进行静电保护。
进一步的，所述敲击传感器的工作温度为：-40℃至85℃。
尽管本申请已公开了多个方面和实施方式，但是其它方面和实施方式对本领域技术人员而言将是显而易见的，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。本申请公开的多个方面和实施方式仅用于举例说明，其并非旨在限制本申请，本申请的实际保护范围以权利要求为准。

Claims (10)

1.一种敲击传感器算法，其特征在于，MCU实时采集三轴加速度传感器数据，并进行以下数据运算及处理：
(1)计算实时加速度的差值，是否有超过设定阈值；
(2)计算实时值与移动平均值的差值，是否有超过设定阈值；
(3)计算连续多次实时值与移动平均值的差值之和，是否是正面轴的差值之和最大；
当满足(1)、(2)和(3)都是肯定答案时，MCU才输出一个脉冲信号，否则MCU不输出脉冲信号。
2.如权利要求1所述的敲击传感器算法，其特征在于，通过计算实时加速度的差值是否有超过设定阈值，来判断是否有发生振动；通过计算实时值与移动平均值的差值是否有超过设定阈值，来过滤低频波动；通过计算连续多次实时值与移动平均值的差值之和，哪个轴的差值之和最大，说明哪个轴发生了敲击。
3.如权利要求1所述的敲击传感器算法，其特征在于，所述实时采集一次三轴加速度传感器数据、并进行数据运算及处理的时间周期为2ms。
4.如权利要求3所述的敲击传感器算法，其特征在于，通过修改MCU里的软件代码，实现所述敲击传感器算法的应用。
5.一种敲击传感器，包括：连接器、电源转换电路、三轴加速度传感器、MCU、电平转换电路，连接器与电源转换电路的输入端连接，电源转换电路的输出端与三轴加速度传感器和MCU的输入端连接，三轴加速度传感器的输出端与MCU的输入端连接，MCU的输出端与电平转换电路的输入端连接，电平转换电路的输出端与连接器连接，连接器与外接主控连接，其特征在于，MCU实时采集三轴加速度传感器数据，并进行以下数据运算及处理：
(1)计算实时加速度的差值，是否有超过设定阈值；
(2)计算实时值与移动平均值的差值，是否有超过设定阈值；
(3)计算连续多次实时值与移动平均值的差值之和，是否是正面轴的差值之和最大；
当满足(1)、(2)和(3)都是肯定答案时，MCU才输出一个脉冲信号到电平转换电路，否则MCU不输出脉冲信号，电平转换电路进行电压转换并将脉冲信号传输到连接器，连接器通知外接主控。
6.如权利要求5所述的敲击传感器，其特征在于，连接器提供5V电源，电源转换电路将5V电压转换为3.3V电压，然后给三轴加速度传感器和MCU供电，MCU的输入端与三轴加速度传感器进行通信，三轴加速度传感器用于感知三轴的瞬时加速度，MCU读取加速度数据后，经过所述数据运算及处理，判断为正面敲击时，MCU才输出一个脉冲信号到电平转换电路。
7.如权利要求5所述的敲击传感器，其特征在于，所述敲击传感器还包括：指示灯电路，所述指示灯电路与MCU连接，当MCU输出一个脉冲信号时，指示灯电路的指示灯点亮。
8.如权利要求5所述的敲击传感器，其特征在于，所述敲击传感器还包括：
SWD烧录接口和UART调试串口，所述SWD烧录接口和UART调试串口与MCU连接，SWD烧录接口用于将算法程序烧录到MCU中，UART调试串口用于打印MCU算法的调试信息。
9.如权利要求6所述的敲击传感器，其特征在于，连接器还与静电保护电路连接，静电保护电路包含两个静电保护二极管，进行静电保护。
10.如权利要求5所述的敲击传感器，其特征在于，所述敲击传感器的工作温度为：-40℃至85℃。
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