CN114631687A - 升降桌不计算欧拉角做敲击保护和倾斜保护的控制方法 - Google Patents

升降桌不计算欧拉角做敲击保护和倾斜保护的控制方法 Download PDF

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Abstract

升降桌不计算欧拉角做敲击保护和倾斜保护的控制方法，涉及升降桌领域，用于解决欧拉角运算过程复杂导致升降桌响应速度慢的问题，控制方法包括：采集升降桌各轴的初始加速度值判断运行状态；静止时多次采集各轴的加速度值加权到上一次取值内，求平均后取得的值作为桌面初始状态值保存；处于运动状态时，采集各轴加速度的平均值作为加速度基准值；分别计算每个轴上的加速度分量；预设基础灵敏度限值并叠加各轴的加速度分量得到各轴灵敏度偏差值；将各轴加速度基准值与灵敏度偏差值叠加得到各轴的安全限值范围，当加速度超出此区间时触发保护。本发明有益效果在于不需要计算出欧拉角，解决了计算欧拉角耗费的时间，程序可以更快速处理其他任务。

Description

升降桌不计算欧拉角做敲击保护和倾斜保护的控制方法
技术领域
本发明涉及升降桌领域，具体涉及升降桌不计算欧拉角做敲击保护和倾斜保护的控制方法。
背景技术
随着人们对健康及生活品质越来越重视，目前有很多家居、办公、医疗产品都加装了电动功能，比如升降桌，在桌腿上安装马达，推动传动丝杆，可以让桌面上升或下降，安全方面需要考量桌子倾斜保护以及敲击/撞击保护，通常采用加速计对于桌子进行倾斜保护需要计算出桌面初始角度以及运动过程中的角度变化，检测到角度变化过大时触发倾斜/敲击/撞击保护，控制升降运动停止或复位进行保护，但在检测角度变化的过程中需要不断地测量并计算出欧拉角，但运算过程过于复杂，且占用较多代码空间，导致升降桌响应速度较慢，用户体验不佳。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供升降桌不计算欧拉角做敲击保护和倾斜保护的控制方法。
本发明采用如下技术方案：
升降桌不计算欧拉角做敲击保护和倾斜保护的控制方法，所述方法具体步骤包括：
步骤1、采用加速度计采集升降桌X、Y、Z轴的初始加速度值，判断升降桌的运行状态；
步骤2、当升降桌处于静止状态时，连续多次采集X、Y、Z轴的加速度值，并加权到上一次取值内，再求平均值，取得的值则作为桌面初始状态值，并保存到存储模块中；
当升降桌处于运动状态时，检测是否发生敲击/倾斜，采集升降桌X、Y、Z轴加速度的平均值作为加速度基准值；
步骤3、根据X、Y、Z轴的加速度基准值，分别计算每个轴上的加速度分量；
步骤4、在升降桌的存储模块中预设多个的基础灵敏度限值S0，根据使用情况选择调取预存的基础灵敏度限值S0并分别叠加各轴的加速度分量得到X、Y、Z轴的灵敏度偏差值；
步骤5、将X、Y、Z轴加速度基准值与X、Y、Z轴灵敏度偏差值叠加后计算得到各轴的安全限值范围，当检测到X、Y、Z轴加速度超出此区间时，连续检测至少一次，同时显示错误代码并触发保护机制。
可选地，所述步骤2中当升降桌处于静止状态时，采集X、Y、Z轴的加速度值具体为：连续多次采集X、Y、Z轴的加速度值，第一次采集数值后，后面新取样的加权33％到前面的数值中，生成新值，连续取样多次。
可选地，所述步骤2中采集升降桌X、Y、Z轴加速度的平均值作为加速度基准值具体为：在升降桌处于运动状态时，采用三轴加速度计分别采集升降桌X、Y、Z轴加速度，连续多次采集分别求X、Y、Z轴加速度的平均值ax、ay、az，并将X、Y、Z轴加速度的平均值ax、ay、az作为升降桌运行时X、Y、Z轴的加速度基准值。
可选地，在步骤2中求X、Y、Z轴加速度的平均值时，对X、Y、Z轴分别连续多次采集数据，并将每个轴采集的数据分别舍弃至少两个最大数据及至少两个最小数据后对其余的数据求平均值。
可选地，在采集X、Y、Z轴加速度时，每隔10mS采集一次。
可选地，在步骤3中计算每个轴上的加速度分量具体为：分别计算X、Y、Z轴的加速度基准值ax、ay、az占X、Y、Z加速度基准值总和a总的百分比作为X、Y、Z轴加速度分量，其中：
a总＝ax+ay+az；
X轴加速度分量＝ax/a总；
Y轴加速度分量＝aY/a总；
Z轴加速度分量＝aZ/a总。
可选地，在步骤4中计算X、Y、Z轴的灵敏度偏差值具体为：
当检测敲击时基础灵敏度限值S0取值200-500，当检测倾斜时基础灵敏度限值S0取值1-50；
SX＝S0*(1+X轴加速度分量)；
SY＝S0*(1+Y轴加速度分量)；
SZ＝S0*(1+Z轴加速度分量)；
其中，SX为X轴灵敏度偏差值，SY为Y轴灵敏度偏差值，SZ为Z轴灵敏度偏差值。
可选地，在步骤5中X、Y、Z轴加速度基准值与X、Y、Z轴灵敏度偏差值叠加后计算得到各轴的安全限值范围具体为：
X轴安全限值范围为[ax-SX,ax+SX]，其中ax为X轴加速度基准值，SX为X轴灵敏度偏差值；
Y轴安全限值范围为[ay-SY,ay+SY]，其中ay为Y轴加速度基准值，SY为Y轴灵敏度偏差值；
Z轴安全限值范围为[aZ-SZ,aZ+SZ]，其中aZ为Z轴加速度基准值，SZ为Z轴灵敏度偏差值。
本发明的有益效果在于，不需要计算出欧拉角即可达到敲击保护及倾斜保护目的，解决了计算欧拉角耗费的时间，程序可以更快速处理其他任务，同时省略了计算欧拉角的代码，使整体代码量更小，可以被更简单的MCU运用，对产品性能提升、成本控制有显著的优势。
附图说明
图1为本发明的逻辑框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一：
升降桌不计算欧拉角做敲击保护和倾斜保护的控制方法，所述方法具体步骤包括：
步骤1、采用加速度计采集升降桌X、Y、Z轴的初始加速度值，判断升降桌的运行状态。
步骤2、当升降桌处于静止状态时，每隔10mS连续多次采集X、Y、Z轴的加速度值，并加权到上一次取值内，再求平均值，取得的值则作为桌面初始状态值，并保存到存储模块中，具体为：每隔10mS连续采集X、Y、Z轴的加速度值，后面新取样的加权33％到前面的数值中，生成新值，连续取样多次，例如：X2’＝(X1+X1+X2)/3，计算后的X2’值替换取样的X2值；
当升降桌处于运动状态时，检测是否发生敲击/倾斜，采集升降桌X、Y、Z轴加速度的平均值作为加速度基准值，具体为：在升降桌处于运动状态时，采用三轴加速度计分别采集升降桌X、Y、Z轴加速度，连续多次采集分别求X、Y、Z轴加速度的平均值ax、ay、az，消除升降桌运行过程中轻微高频抖动对采集到的加速度值的干扰，并将X、Y、Z轴加速度的平均值ax、ay、az作为升降桌运行时X、Y、Z轴的加速度基准值。
优选的，在采集X、Y、Z轴加速度时为了进一步降低升降桌抖动对采集数值的干扰，对X、Y、Z轴分别连续多次采集数据，并将每个轴采集的数据分别舍弃至少两个最大数据及至少两个最小数据后对其余的数据求平均值，例如：连续取9次数据，舍弃最大两个数据及最小两个数据后对中间的5个数据求平均值。
在采集X、Y、Z轴加速度时，优选的，每隔10mS采集一次。
步骤3、根据X、Y、Z轴的加速度基准值，分别计算每个轴上的加速度分量，具体为：分别计算X、Y、Z轴的加速度基准值ax、ay、az占X、Y、Z加速度基准值总和a总的百分比作为X、Y、Z轴加速度分量，其中：
a总＝ax+ay+az；
X轴加速度分量＝ax/a总；
Y轴加速度分量＝aY/a总；
Z轴加速度分量＝aZ/a总。
步骤4、在升降桌的存储模块中预设多个的基础灵敏度限值S0，根据使用情况选择调取预存的基础灵敏度限值S0并分别叠加各轴的加速度分量得到X、Y、Z轴的灵敏度偏差值，具体为：
当检测敲击时基础灵敏度限值S0取值200-500，当检测倾斜时基础灵敏度限值S0取值1-50；
SX＝S0*(1+X轴加速度分量)；
SY＝S0*(1+Y轴加速度分量)；
SZ＝S0*(1+Z轴加速度分量)；
其中，SX为X轴灵敏度偏差值，SY为Y轴灵敏度偏差值，SZ为Z轴灵敏度偏差值。
步骤5、将X、Y、Z轴加速度基准值与X、Y、Z轴灵敏度偏差值叠加后计算得到各轴的安全限值范围，当检测到X、Y、Z轴加速度超出此区间时，连续检测至少一次，同时显示错误代码并触发保护机制，其中：
X轴安全限值范围为[ax-SX,ax+SX]，其中ax为X轴加速度基准值，SX为X轴灵敏度偏差值；
Y轴安全限值范围为[ay-SY,ay+SY]，其中ay为Y轴加速度基准值，SY为Y轴灵敏度偏差值；
Z轴安全限值范围为[aZ-SZ,aZ+SZ]，其中aZ为Z轴加速度基准值，SZ为Z轴灵敏度偏差值。
所述错误代码为存储模块中针对不同使用情况预存的编码，用于操作人员快速识别。
实施例二：
如图1所示，举例说明升降桌运行中的控制过程，开启升降桌的控制系统后，各外设进行初始化，然后进行按键扫描，当检测到运行指令后，检测系统运行采用加速度计LIS3DH读取X、Y、Z轴的加速度值，采集升降桌X、Y、Z轴的初始加速度值，判断升降桌的运行状态。加速度计LIS3DH也可替换为同等作用的功能单元。
当升降桌处于静止状态时，连续多次采集X、Y、Z轴的加速度值，并加权到上一次取值内，再求平均值，取得的值则一直作为桌面初始状态值，并保存到存储模块中，具体为：连续多次采集X、Y、Z轴的加速度值，第一次采集数值后，后面新取样的加权33％到前面的数值中，生成新值，连续取样多次，例如：X2’＝(X1+X1+X2)/3，计算后的X2’值替换取样的X2值，样例如下表所示：
【表1】
Figure BDA0003533773000000051
当升降桌处于运动状态时，检测是否发生敲击/倾斜，采集升降桌X、Y、Z轴加速度的平均值作为加速度基准值，样例如下表所示：
【表2】
Figure BDA0003533773000000061
优选的，在上述采集X、Y、Z轴加速度时为了进一步降低升降桌抖动对采集数值的干扰，对X、Y、Z轴分别连续多次采集数据，并将每个轴采集的数据分别舍弃至少两个最大数据及至少两个最小数据后对其余的数据求平均值，样例如下表所示：
【表3】
10mS采集一次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 优化结果
X轴 20 10 16 -5 -10 21 -2 -23 13 6
Y轴 353 361 385 331 346 367 383 345 351 356
Z轴 802 831 816 795 810 770 789 791 779 797
。
根据表2中测得的X、Y、Z轴的加速度基准值，分别计算X、Y、Z轴的加速度基准值占X、Y、Z加速度基准值总和的百分比作为X、Y、Z轴加速度分量，样例如下表所示：
【表4】
X轴分量 7/1163＝0％
Y轴分量 359/1163＝31％
Z轴分量 797/1163＝69％
。
在升降桌的存储模块中预设多个的基础灵敏度限值S0，根据使用情况选择调取预存的基础灵敏度限值S0并分别叠加各轴的加速度分量得到X、Y、Z轴的灵敏度偏差值，在本实施例中，基础灵敏度限值S0取值为230，用于敲击检测，样例如下表所示：
【表5】
X轴灵敏度偏差值 230*0+230＝230
Y轴灵敏度偏差值 230*0.31+230＝301
Z轴灵敏度偏差值 230*0.69+230＝389
。
将表2中X、Y、Z轴加速度基准值与表5中X、Y、Z轴灵敏度偏差值叠加后计算得到各轴的安全限值范围，当检测到X、Y、Z轴加速度超出此区间时，触发保护，样例如下表所示：
【表6】
X轴安全限值范围 -223～237
Y轴安全限值范围 58～660
Z轴安全限值范围 408～1186
。
当检测敲击或撞击时，由于撞击是瞬态发生，因此响应速度需要非常快，检测到立即保护，因此相对检测倾斜角来说，各轴加速度变化范围较宽，经验证足够灵敏，且可以及时保护。
当检倾斜时，由于倾斜的是渐变发生，为确保数据准确，各轴加速度变化范围较窄，若出现倾斜，可连续检测多次，若均显示倾斜，则可显示对应错误代码并触发保护机制。
采用本发明的控制方法，分别采集X、Y、Z轴的重力加速度值，不需换算成角度状态值，根据X、Y、Z值的分布情况，估算倾斜角度处于安全状态时这三个轴加速度值变化范围，分别对X、Y、Z轴的加速度值设定对应合适的限值，当检测到X、Y、Z轴变化范围超限即可知道倾斜角度超限，触发保护机制。
本发明的有益效果在于，不需要计算出欧拉角即可达到敲击保护及倾斜保护目的，解决了计算欧拉角耗费的时间，程序可以更快速处理其他任务，同时省略了计算欧拉角的代码，使整体代码量更小，可以被更简单的MCU运用，对产品性能提升、成本控制有显著的优势。

Claims (8)

1.升降桌不计算欧拉角做敲击保护和倾斜保护的控制方法，其特征在于，所述方法具体步骤包括：
步骤1、采用加速度计采集升降桌X、Y、Z轴的初始加速度值，判断升降桌的运行状态；
步骤2、当升降桌处于静止状态时，连续多次采集X、Y、Z轴的加速度值，并加权到上一次取值内，再求平均值，取得的值则作为桌面初始状态值，并保存到存储模块中；
当升降桌处于运动状态时，检测是否发生敲击/倾斜，采集升降桌X、Y、Z轴加速度的平均值作为加速度基准值；
步骤3、根据X、Y、Z轴的加速度基准值，分别计算每个轴上的加速度分量；
步骤4、在升降桌的存储模块中预设多个的基础灵敏度限值S0，根据使用情况选择调取预存的基础灵敏度限值S0并分别叠加各轴的加速度分量得到X、Y、Z轴的灵敏度偏差值；
步骤5、将X、Y、Z轴加速度基准值与X、Y、Z轴灵敏度偏差值叠加后计算得到各轴的安全限值范围，当检测到X、Y、Z轴加速度超出此区间时，连续检测至少一次，同时显示错误代码并触发保护机制。
2.根据权利要求1所述的升降桌不计算欧拉角做敲击保护和倾斜保护的控制方法，其特征在于，所述步骤2中当升降桌处于静止状态时，采集X、Y、Z轴的加速度值具体为：连续多次采集X、Y、Z轴的加速度值，第一次采集数值后，后面新取样的加权33％到前面的数值中，生成新值，连续取样多次。
3.根据权利要求1所述的升降桌不计算欧拉角做敲击保护和倾斜保护的控制方法，其特征在于，所述步骤2中采集升降桌X、Y、Z轴加速度的平均值作为加速度基准值具体为：在升降桌处于运动状态时，采用三轴加速度计分别采集升降桌X、Y、Z轴加速度，连续多次采集分别求X、Y、Z轴加速度的平均值ax、ay、az，并将X、Y、Z轴加速度的平均值ax、ay、az作为升降桌运行时X、Y、Z轴的加速度基准值。
4.根据权利要求3所述的升降桌不计算欧拉角做敲击保护和倾斜保护的控制方法，其特征在于，在步骤2中求X、Y、Z轴加速度的平均值时，对X、Y、Z轴分别连续多次采集数据，并将每个轴采集的数据分别舍弃至少两个最大数据及至少两个最小数据后对其余的数据求平均值。
5.根据权利要求1或2或3所述的升降桌不计算欧拉角做敲击保护和倾斜保护的控制方法，其特征在于，在采集X、Y、Z轴加速度时，每隔10mS采集一次。
6.根据权利要求3所述的升降桌不计算欧拉角做敲击保护和倾斜保护的控制方法，其特征在于，在步骤3中计算每个轴上的加速度分量具体为：分别计算X、Y、Z轴的加速度基准值ax、ay、az占X、Y、Z加速度基准值总和a总的百分比作为X、Y、Z轴加速度分量，其中：
a总＝ax+ay+az；
X轴加速度分量＝ax/a总；
Y轴加速度分量＝aY/a总；
Z轴加速度分量＝aZ/a总。
7.根据权利要求6所述的升降桌不计算欧拉角做敲击保护和倾斜保护的控制方法，其特征在于，在步骤4中计算X、Y、Z轴的灵敏度偏差值具体为：
当检测敲击时基础灵敏度限值S0取值200-500，当检测倾斜时基础灵敏度限值S0取值1-50；
SX＝S0*(1+X轴加速度分量)；
SY＝S0*(1+Y轴加速度分量)；
SZ＝S0*(1+Z轴加速度分量)；
其中，SX为X轴灵敏度偏差值，SY为Y轴灵敏度偏差值，SZ为Z轴灵敏度偏差值。
8.根据权利要求7所述的升降桌不计算欧拉角做敲击保护和倾斜保护的控制方法，其特征在于，在步骤5中X、Y、Z轴加速度基准值与X、Y、Z轴灵敏度偏差值叠加后计算得到各轴的安全限值范围具体为：
X轴安全限值范围为[ax-SX,ax+SX]，其中ax为X轴加速度基准值，SX为X轴灵敏度偏差值；
Y轴安全限值范围为[ay-SY,ay+SY]，其中ay为Y轴加速度基准值，SY为Y轴灵敏度偏差值；
Z轴安全限值范围为[aZ-SZ,aZ+SZ]，其中aZ为Z轴加速度基准值，SZ为Z轴灵敏度偏差值。
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