CN114689021A - 一种坡度测量设备及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种坡度测量设备及其使用方法，所述坡度测量设备包括有：小车本体及检测系统，所述小车本体包括车架、承载所述车架的车轮组件、为所述车轮组件提供动力的驱动电机以及为所述车轮组件提供转向动力的方向舵机；所述检测系统设置于小车本体上；所述检测系统包括有电源模块、蓝牙模块、显示屏、旋转编码器、贯导芯片、处理器；通过将检测系统设置于小车本体上，结构简单，结构简单，使用方便，数据处理适用于动态测量，测量数据噪音很小，能准确反馈实时坡度信息；并且本测试方法操作方便，检测结果准确性高且适合于适用于道路颠簸路段的检测。

Description

一种坡度测量设备及其使用方法

技术领域

本发明涉及坡度检测领域，特别是涉及一种坡度测量设备。

背景技术

目前我们所使用的坡度计多数为单纯利用倾角传感器，测量某接触面或者物体的倾斜角度，由于其对实时响应差，多数应用领域为工程建设中，或者静态环境下。但是遇到动态测量就会出现数据延时或者数据抖动等问题传统坡度测量仪器体积过大，并且由于数据处理不适用于动态测量，测量数据噪音很大，不能准确反馈实时坡度信息。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种坡度测量设备，所述坡度测量设备包括有：小车本体及检测系统，所述小车本体包括车架、承载所述车架的车轮组件、为所述车轮组件提供动力的驱动电机以及为所述车轮组件提供转向动力的方向舵机；

所述检测系统设置于小车本体上；所述检测系统包括有电源模块、蓝牙模块、显示屏、旋转编码器、贯导芯片、处理器；

处理器分别与电源模块、蓝牙模块、显示屏、旋转编码器、贯导芯片电性连接；电源模块与蓝牙模块电性连接；旋转编码器与车轮组件传动连接。

四车轮呈矩形阵列分布且与车架转动连接；旋转编码器的中轴车轮组件中的一车轮传动连接；通过旋转编码器检测小车本体的运行速度

优选的，旋转编码器的中轴上设有齿轮，且与车轮组件中的一车轮同轴的传动齿相咬合。通过旋转编码器检测车轮的运行速度，车轮的运行速度即为小车本体的运行速度。

优选的，所述检测系统还包括有GPS定位器；GPS定位器与处理器电性连接；通过GPS定位器检测小车本体的水平运行距离。

优选的，处理器为恩智浦的M1052芯片，它具有DSP和高达528MHz主频，适用于高速复杂的运行环境。

优选的，处理器通过蓝牙模块与手机通讯连接。

优选的，处理器与驱动电机及方向舵机电性连接；通过处理器控制驱动电机的转动进而可控制小车本体的移动速度；通过处理器控制方向舵机可控制小车本体的移动方向。

优选的，贯导芯片为惯性导航芯片ADIS16450，贯导芯片上设置有陀螺仪及加速度计，贯导芯片用于提供三轴加速度和三轴陀螺数据。惯性导航芯片ADIS16450具有极低的加速度线性系数，使陀螺仪数据受加速度影响为0.015°/sec/g，适用于道路颠簸路段。

一种坡度测量设备的测试方法，包括以下步骤：

1)处理器控制小车本体在需要测试的路段运行；检测系统的GPS定位器27用于测量小车本体在路段上运行的水平距离L；

2)处理器通过读取贯导芯片上的加速度计的数据和陀螺仪的数据，然后对加速度计的数据进行IIR低通滤波，对陀螺仪的数据加偏置调整，再将加速度计的数据和陀螺仪的数据采用互补滤波算法进行姿态解算，更新周期500Hz，得到仰俯角的姿态数据；

3)旋转编码器获取小车本体在需要测试的路段运行的速度数据，处理器对速度数据进行微分后得到加速度数据，将加速度数据与贯导芯片上的加速度计的数据进行修正及融合，得到精确的加速度，从而精确得到仰俯角数据；若旋转编码器没获取到速度数据，则处理器不对加速度数据与贯导芯片上的加速度计的数据进行修正及融合；

4)处理器通过GPS定位器获取小车本体的行程与俯仰角后，利用三角关系求出需要测试的路段高度值H；

5)处理器根据公式：I＝H/L×100％，其中I为坡度，H为高度，L是测量小车本体在路段上运行的水平距离；最后算出坡度的具体数值，处理器将坡度数据通过蓝牙模块传输到手机上。

由于采用了上述技术方案，本发明相对现有技术来说，取得的技术进步是：

本申请通过将检测系统设置于小车本体上，结构简单，使用方便，数据处理适用于动态测量，测量数据噪音很小，能准确反馈实时坡度信息；并且本测试方法操作方便，检测结果准确性高且适合于适用于道路颠簸路段的检测。

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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明一种坡度测量设备的结构示意图；

图2为本发明一种坡度测量设备的检测系统的连接示意图；

主要元件符号说明

小车本体1	检测系统2	手机3
			车架11	车轮组件12	驱动电机13
方向舵机14	电源模块21	蓝牙模块22
			显示屏23	旋转编码器24	贯导芯片25
处理器26	车轮121	GPS定位器27

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语″第一″、″第二″等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语″包括″和″具有″以及它们任何变形，意图在于覆斗不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本文中提及″实施例″意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

请参阅图1-图2，一种坡度测量设备，所述坡度测量设备包括有：小车本体1及检测系统2，所述小车本体1包括车架11、承载所述车架11的车轮组件12、为所述车轮组件12提供动力的驱动电机13以及为所述车轮组件12提供转向动力的方向舵机14；

所述检测系统2设置于小车本体1上；所述检测系统2包括有电源模块21、蓝牙模块22、显示屏23、旋转编码器24、贯导芯片25、处理器26；

处理器26分别与电源模块21、蓝牙模块22、显示屏23、旋转编码器24、贯导芯片25电性连接；电源模块21与蓝牙模块22电性连接；旋转编码器24与车轮组件12传动连接。在本实施例中，车轮组件12包括有四车轮121，四车轮121呈矩形阵列分布且与车架11转动连接；旋转编码器24的中轴上设有齿轮，且与车轮组件12中一车轮121同轴的传动齿相咬合。通过旋转编码器24检测车轮的运行速度，车轮的运行速度即为小车本体1的运行速度。

在本实施例中，所述检测系统2还包括有GPS定位器27；GPS定位器27与处理器26电性连接；

在本实施例中，处理器26为恩智浦的M1052芯片，它具有DSP(数字处理模块)和高达528MHz主频，适用于高速复杂的运行环境。

在本实施例中，处理器26通过蓝牙模块22与手机3通讯连接。

在本实施例中，处理器26与驱动电机13及方向舵机14电性连接；通过处理器26控制驱动电机13的转动进而可控制小车本体1的移动速度；通过处理器26控制方向舵机14可控制小车本体1的移动方向。

在本实施例中，贯导芯片25为惯性导航芯片ADIS16450，贯导芯片25上设置有陀螺仪及加速度计，贯导芯片25用于提供三轴加速度和三轴陀螺数据。惯性导航芯片ADIS16450具有极低的加速度线性系数，使陀螺仪数据受加速度影响为0.015°/sec/g，适用于道路颠簸路段。

一种坡度测量设备的测试方法，包括以下步骤：

1)处理器26控制小车本体1在需要测试的路段运行；检测系统2的GPS定位器27用于测量小车本体1在路段上运行的水平距离L；

2)处理器通过读取贯导芯片上的加速度计的数据和陀螺仪的数据，然后对加速度计的数据进行IIR低通滤波，对陀螺仪的数据加偏置调整，再将加速度计的数据和陀螺仪的数据采用互补滤波算法进行姿态解算，更新周期500Hz，得到仰俯角的姿态数据；

3)旋转编码器24获取小车本体1在需要测试的路段运行的速度数据，处理器26对速度数据进行微分后得到加速度数据，将加速度数据与贯导芯片25上的加速度计的数据进行修正及融合，得到精确的加速度，从而精确得到仰俯角数据；若旋转编码器24没获取到速度数据，说明小车没有在运动，则处理器26不对加速度数据与贯导芯片25上的加速度计的数据进行修正及融合；

4)处理器26通过GPS定位器27获取小车本体1的行程与俯仰角后，利用三角关系求出需要测试的路段高度值H。

5)处理器26根据公式：I＝H/L×100％，其中I为坡度，H为高度，L是测量小车本体1在路段上运行的水平距离；最后算出坡度的具体数值，处理器2将坡度数据通过蓝牙模块22传输到手机3上。

实验例

使用坡度测量设备测量某段道路的高度值，再利用全站仪测量高度值，进行数据对比。A组数据为坡度测量设备测量某段道路的高度值，B组数据为利用全站仪测量高度值；试验中，小车本体1行程为95米，小车本体1平均速度均为1.5m/s(5.4km/h)，对整个路段高度进行测量；每次试验均走一次上坡和下坡。

	A	B
			小车本体上坡	8.3m	8.28m
小车本体下坡	8.3m	8.28m

表1

从表1中可以看出，可见重复性误差在0.2m以内，以95m的行程距离来看，高度误差约为0.2％。

上文一般性地对本发明做了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之做一些修改或改进，这对于技术领域的一般技术人员是显而易见的。因此，在不脱离本发明思想精神的修改或改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种坡度测量设备，其特征在于：所述坡度测量设备包括有：小车本体及检测系统，所述小车本体包括车架、承载所述车架的车轮组件、为所述车轮组件提供动力的驱动电机以及为所述车轮组件提供转向动力的方向舵机；

所述检测系统设置于小车本体上；所述检测系统包括有电源模块、蓝牙模块、显示屏、旋转编码器、贯导芯片、处理器；

处理器分别与电源模块、蓝牙模块、显示屏、旋转编码器、贯导芯片电性连接；电源模块与蓝牙模块电性连接；旋转编码器与车轮组件传动连接；所述检测系统还包括有GPS定位器；GPS定位器与处理器电性连接；通过GPS定位器检测小车本体的水平运行距离。

2.如权利要求1所述的一种坡度测量设备，其特征在于：车轮组件包括有四车轮，四车轮呈矩形阵列分布且与车架转动连接；旋转编码器的中轴车轮组件中的一车轮传动连接；通过旋转编码器检测小车本体的运行速度。

3.如权利要求2所述的一种坡度测量设备，其特征在于：处理器为恩智浦的M1052芯片。

4.如权利要求3所述的一种坡度测量设备，其特征在于：处理器通过蓝牙模块与手机通讯连接。

5.如权利要求4所述的一种坡度测量设备，其特征在于：处理器与驱动电机及方向舵机电性连接；通过处理器控制驱动电机的转动进而可控制小车本体的移动速度；通过处理器控制方向舵机可控制小车本体的移动方向。

6.如权利要求5所述的一种坡度测量设备，其特征在于：贯导芯片为惯性导航芯片ADIS16450，贯导芯片上设置有陀螺仪及加速度计，贯导芯片用于提供三轴加速度和三轴陀螺数据。

7.如权利要求1-6任一所述的一种坡度测量设备的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)处理器控制小车本体在需要测试的路段运行；检测系统的GPS定位器27用于测量小车本体在路段上运行的水平距离L；

2)处理器通过读取贯导芯片上的加速度计的数据和陀螺仪的数据，然后对加速度计的数据进行IIR低通滤波，对陀螺仪的数据加偏置调整，再将加速度计的数据和陀螺仪的数据采用互补滤波算法进行姿态解算，更新周期500Hz，得到仰俯角的姿态数据；

3)旋转编码器获取小车本体在需要测试的路段运行的速度数据，处理器对速度数据进行微分后得到加速度数据，将加速度数据与贯导芯片上的加速度计的数据进行修正及融合，得到精确的加速度，从而精确得到仰俯角数据；若旋转编码器没获取到速度数据，则处理器不对加速度数据与贯导芯片上的加速度计的数据进行修正及融合；

4)处理器通过GPS定位器获取小车本体的行程与俯仰角后，利用三角关系求出需要测试的路段高度值H；

5)处理器根据公式：I＝H/L×100％，其中I为坡度，H为高度，L是测量小车本体在路段上运行的水平距离；最后算出坡度的具体数值，处理器将坡度数据通过蓝牙模块传输到手机上。

Images