CN116182683A - 基于amr传感器阵列的绝对位置计算方法、装置及设备 - Google Patents

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CN116182683A
CN116182683A CN202211679334.7A CN202211679334A CN116182683A CN 116182683 A CN116182683 A CN 116182683A CN 202211679334 A CN202211679334 A CN 202211679334A CN 116182683 A CN116182683 A CN 116182683A
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cosine
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宋杰
柳刚
刘峰
陈树强
林睿
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Suzhou Linkhou Robot Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种基于AMR传感器阵列的绝对位置计算方法、装置及设备。该方法包括：获取各AMR传感器输出电压值对应的等效电压值；根据等效电压值确定对应的AMR传感器与磁铁之间的角度值和对应AMR传感器的正余弦的标准度；根据最大的3个正余弦的标准度对应的AMR传感器及其与磁铁之间的角度值确定与磁铁距离最近的AMR传感器；根据与磁铁距离最近的AMR传感器的绝对位置和与磁铁距离最近的AMR传感器与磁铁之间的角度确定磁铁所在空间的绝对位置。本发明实施例的技术方案，通过多个AMR传感器组成阵列对磁铁的同一磁场强度进行计算，实现了对磁铁在旋转、直线以及曲线等多种运动场合的绝对位置进行精准定位，且计算方法更加简便。

Description

基于AMR传感器阵列的绝对位置计算方法、装置及设备
技术领域
本发明涉及传感器测量技术领域，尤其涉及一种基于AMR传感器阵列的绝对位置计算方法、装置及设备。
背景技术
对于有各向异性特性的强磁性金属，磁阻的变化是与磁场和电流间夹角有关的。当外部磁场与磁体内建磁场方向成零度角时，电阻是不会随着外加磁场变化而发生改变的；但当外部磁场与磁体的内建磁场有一定角度的时候，磁体内部磁化向量会偏移，薄膜电阻降低，我们这种特性称为各向异性磁电阻效应(Anisotropic MagnetoresistiveSensor,简称AMR)。
现有的技术方案采用AMR传感器通常只能进行角度信息的测量，无法进行位置测量；或通过AMR传感器与磁标尺、惠斯通电桥信号等共同进行位置测量，计算方法和测量装置比较复杂，无法快速进行定位。
发明内容
本发明提供了一种基于AMR传感器阵列的绝对位置计算方法、装置及设备，以实现对磁铁在旋转、直线以及曲线等多种运动场合的绝对位置进行精准定位，且计算方法更加简便。
根据本发明的一方面，提供了一种基于AMR传感器阵列的绝对位置计算方法，其特征在于，AMR传感器阵列包括多个AMR传感器，计算方法包括：
获取各AMR传感器输出电压值对应的等效电压值；
根据等效电压值确定对应的AMR传感器与磁铁之间的角度值和对应AMR传感器的正余弦的标准度；
根据最大的3个正余弦的标准度对应的AMR传感器及其与磁铁之间的角度值确定与磁铁距离最近的AMR传感器；
根据与磁铁距离最近的AMR传感器的绝对位置和与磁铁距离最近的AMR传感器与磁铁之间的角度确定磁铁所在空间的绝对位置。
可选地，获取各AMR传感器输出电压值对应的等效电压值包括：
接收模数转换模块输出的各AMR传感器输出电压值对应的转换电压，转换电压为经模数转换模块校准并放大后的AMR传感器输出电压值；
经过数据同步后，将多个AMR传感器对应的转换电压做归一化处理；
根据AMR传感器对应的转换电压和等效电压计算公式计算出对应的AMR传感器输出电压值对应的等效电压值。
可选地，根据AMR传感器对应的转换电压和等效电压计算公式计算出对应的AMR传感器输出电压值对应的等效电压值包括：
根据转换电压计算等效正弦电压值；
根据转换电压计算等效余弦电压值。
可选地，根据等效电压值确定对应的AMR传感器与磁铁之间的角度值和对应AMR传感器的正余弦的标准度包括：
根据AMR传感器对应的转换电压对应的等效电压值和角度计算公式确定AMR传感器与磁铁之间的角度值；
根据AMR传感器对应的转换电压对应的等效电压值和正余弦的标准度计算公式确定AMR传感器对应的正余弦的标准度。
可选地，在根据最大的3个正余弦的标准度对应的AMR传感器及其与磁铁之间的角度值确定与磁铁距离最近的AMR传感器之前，包括：
第一个时钟周期，将每个正余弦的标准度与其他正余弦的标准度相比较，并根据比较结果计算得分；
第二个时钟周期，将正余弦的标准度与其他正余弦的标准度相比较的得分相加，得到总得分；
第三个时钟周期，根据正余弦的标准度的总得分进行从大到小排序，选出最大的3个正余弦的标准度，并确定最大的3个正余弦的标准度所对应的AMR传感器及其与磁铁之间的角度值。
可选地，AMR传感器阵列中的各AMR传感器沿固定的一个方向排列，相邻AMR传感器之间存在间距；根据最大的3个正余弦的标准度对应的AMR传感器及其与磁铁之间的角度值确定与磁铁距离最近的AMR传感器包括：
若编号为N的AMR传感器所对应的角度值为正，且编号为N+1的AMR传感器所对应的角度值为负，则离磁铁最近的AMR传感器编号为N；若不满足上述条件，则继续进行判断；
若编号为N+1的AMR传感器所对应的角度值大于编号为N+2的AMR传感器所对应的角度值，且编号为N+2的AMR传感器所对应的角度值为正，则离磁铁最近的AMR传感器编号为N+1；
其中，AMR传感器的总数为M，编号的取值范围为0≤N≤M-3。
可选地，在根据与磁铁距离最近的AMR传感器的绝对位置和与磁铁距离最近的AMR传感器与磁铁之间的角度确定磁铁所在空间的绝对位置之前，包括：
根据相邻AMR传感器的中心间距，确定每个AMR传感器的绝对位置。
可选地，根据与磁铁距离最近的AMR传感器的绝对位置和与磁铁距离最近的AMR传感器与磁铁之间的角度确定磁铁所在空间的绝对位置包括：
根据与磁铁距离最近的AMR传感器的编号确定AMR传感器的绝对位置；
根据与磁铁距离最近的AMR传感器与磁铁之间的角度计算出磁铁的实际位置与AMR传感器的绝对位置的距离；
根据磁铁的实际位置与AMR传感器的绝对位置的距离、AMR传感器的绝对位置确定磁铁所在空间的绝对位置。
根据本发明的另一方面，提供了一种基于AMR传感器阵列的绝对位置计算装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取各AMR传感器输出电压值对应的等效电压值；
计算模块，用于根据等效电压值确定对应的AMR传感器与磁铁之间的角度值和对应AMR传感器的正余弦的标准度；
选择模块，用于根据最大的3个正余弦的标准度对应的AMR传感器及其与磁铁之间的角度值确定与磁铁距离最近的AMR传感器；
绝对位置计算模块，用于根据与磁铁距离最近的AMR传感器的绝对位置和与磁铁距离最近的AMR传感器与磁铁之间的角度确定磁铁所在空间的绝对位置。
根据本发明的另一方面，提供了一种基于AMR传感器阵列的绝对位置计算设备，其特征在于，设备包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现如上述任意实施例所述的基于AMR传感器阵列的绝对位置计算方法。
本发明实施例的技术方案，通过多个AMR传感器组成阵列，将磁铁不同位置的磁场强度转化为电压输出，根据输出电压对应的等效电压值计算出AMR传感器与磁铁之间的角度值和对应的正余弦的标准度，并确定与磁铁距离最近的AMR传感器，根据AMR传感器的绝对位置和AMR传感器与磁铁之间的角度值确定磁铁的绝对位置，实现了可以对磁铁在旋转、直线以及曲线等多种运动场合的绝对位置进行精准定位，且计算方法更加简便。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种基于AMR传感器阵列的绝对位置计算方法的流程图；
图2为AMR传感器与磁铁的角度-位置关系趋势图；
图3是本发明实施例提供的另一种基于AMR传感器阵列的绝对位置计算方法的流程图；
图4是本发明实施例提供的又一种基于AMR传感器阵列的绝对位置计算方法的流程图；
图5是本发明实施例提供的又一种基于AMR传感器阵列的绝对位置计算方法的流程图；
图6为一种AMR传感器阵列的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的一种基于AMR传感器阵列的绝对位置计算装置的结构示意图；
图8是实现本发明实施例的基于AMR传感器阵列的绝对位置计算方法的电子设备的结构示意图。
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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，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”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明实施例提供了一种基于AMR传感器阵列的绝对位置计算方法，可以由基于AMR传感器阵列的绝对位置计算方装置执行，适用于对磁铁的空间绝对位置进行计算；其中，AMR传感器阵列包括呈直线排列的多个AMR传感器，当磁铁在AMR传感器阵列的设定方向时，例如磁铁在AMR传感器阵列设定方向上正对的一侧时，该设定方向可以是AMR传感器的感应侧，AMR传感器可以感应到磁铁的磁场，并将磁铁的磁场强度转化为电压输出。图1是本发明实施例提供的一种基于AMR传感器阵列的绝对位置计算方法的流程图，该方法可以由基于AMR传感器阵列的绝对位置计算装置执行，该基于AMR传感器阵列的绝对位置计算装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，基于AMR传感器阵列的绝对位置计算装置可以集成在处理器中。参见图1，该方法包括：
S101、获取各AMR传感器输出电压值对应的等效电压值。
具体地，AMR传感器用于将磁铁的磁场强度转化为电压输出。其中，等效电压值与AMR传感器的输出电压值一一对应，等效电压值可以是对AMR传感器的输出电压值按照放大处理、模数转换处理、按照预设规则进行转换处理中的至少一种处理方法处理得到的电压值。
S102、根据等效电压值确定对应的AMR传感器与磁铁之间的角度值和对应AMR传感器的正余弦的标准度。
具体地，AMR传感器与磁铁之间的角度值范围为-90°～90°。正余弦的标准度即正余弦曲线的标准度，正余弦的标准度值越大，对应的正余弦曲线越接近理想波形曲线。预先设置第一对应关系和第二对应关系，并根据第一对应关系以及各AMR传感器对应的等效电压值计算各AMR传感器与磁铁之间的角度值，根据第二对应关系以及各AMR传感器对应的等效电压值计算各AMR传感器的正余弦的标准度。
S103、根据最大的3个正余弦的标准度对应的AMR传感器及其与磁铁之间的角度值确定与磁铁距离最近的AMR传感器。
具体地，将各AMR传感器对应的正余弦的标准度从大到小排序，将排序为前3个的正余弦的标准度作为最大的3个正余弦的标准度，根据最大的3个正余弦的标准度选出对应的AMR传感器及其与磁铁之间的角度值，并确定与磁铁距离最近的AMR传感器。
S104、根据与磁铁距离最近的AMR传感器的绝对位置和与磁铁距离最近的AMR传感器与磁铁之间的角度确定磁铁所在空间的绝对位置。
具体地，AMR传感器的绝对位置即各AMR传感器所在的位置，AMR传感器的绝对位置可以根据测量需要进行设置，示例性地，AMR传感器的绝对位置可以为：编号为0的AMR传感器绝对位置为0mm，编号为1的AMR传感器绝对位置为10mm，编号为2的AMR传感器绝对位置为20mm。图2为AMR传感器与磁铁的角度-位置关系趋势图，参见图2，可以看出AMR传感器中心点位置-90°～90°区域内，磁铁位置和角度关系呈现类似线性关系，因此根据与磁铁距离最近的AMR传感器的绝对位置和与磁铁距离最近的AMR传感器与磁铁之间的角度可以计算出磁铁所在空间的绝对位置。
本实施例的技术方案，通过多个AMR传感器组成阵列，将磁铁不同位置的磁场强度转化为电压输出，根据输出电压对应的等效电压值计算出AMR传感器与磁铁之间的角度值和对应的正余弦的标准度，并确定与磁铁距离最近的AMR传感器，由于在AMR传感器中心点位置-90°～90°区域内，磁铁位置和角度关系呈现类似线性关系，因此根据AMR传感器的绝对位置和AMR传感器与磁铁之间的角度值可以确定磁铁的绝对位置，实现了可以对磁铁在旋转、直线以及曲线等多种运动场合的绝对位置进行精准定位，且计算方法更加简便。
图3是本发明实施例提供的另一种基于AMR传感器阵列的绝对位置计算方法的流程图，可选地，参见图3，该方法包括：
S201、接收模数转换模块输出的各AMR传感器输出电压值对应的转换电压，转换电压为经模数转换模块校准并放大后的AMR传感器输出电压值。
具体地，模数转换模块采集各AMR传感器输出电压值进行校准和放大，并将各AMR传感器输出电压值转换为数字量信号后输出至处理器。其中，对AMR传感器输出电压值进行校准用于减少数据采集过程中的偏差，使数据更准确；对AMR传感器输出电压值进行放大用于将AMR传感器输出的毫伏级电压放大为伏级电压，便于处理器识别并进行处理。转换电压包括转换正弦电压和转换余弦电压。
S202、经过数据同步后，将多个AMR传感器对应的转换电压做归一化处理。
具体地，数据同步即对多个AMR传感器进行数据采集时，当对全部的AMR传感器采集完成后处理器才对数据进行处理，否则等待数据全部采集完成。归一化处理用于将多个AMR传感器的测量尺度经过计算映射到相同尺度，由于不同的AMR传感器由于性能等差别可能对同一磁场强度进行测量时得到的数据不同，难以进行计算等处理，因此需要将多个AMR传感器对应的转换电压做归一化处理，使多个AMR传感器的测量尺度相同，便于计算，示例性地，可以将多个AMR传感器的测量尺度限制在0-1范围内。
S203、根据AMR传感器对应的转换电压和等效电压计算公式计算出对应的AMR传感器输出电压值对应的等效电压值。
具体地，等效电压值可以包括等效正弦电压值和等效余弦电压值。根据各AMR传感器对应的转换电压计算等效正弦电压值，等效正弦电压值的计算公式为：
Usin＝Uoff,sin+fgain·kMR(H0，T)·sin(2·θ) (1)
其中，Usin为磁场强度对应的等效正弦电压，Uoff,sin为等效正弦电压的零点偏移电压，fgain·kMR为电压放大系数，H0为磁场强度，T为时间，sin(2·θ)为θ角度时的转换正弦电压。
根据各AMR传感器对应的转换电压计算等效余弦电压值，等效余弦电压值的计算公式为：
Ucos＝Uoff,cos+fgain·kMR(H0，T)·cos(2·θ) (2)
其中，Ucos为磁场强度对应的等效余弦电压，Uoff,cos为等效余弦电压的零点偏移电压，fgain·kMR为电压放大系数，H0为磁场强度，T为时间，cos(2·θ)为θ角度时的转换余弦电压。
S204、根据等效电压值确定对应的AMR传感器与磁铁之间的角度值和对应AMR传感器的正余弦的标准度。
S205、根据最大的3个正余弦的标准度对应的AMR传感器及其与磁铁之间的角度值确定与磁铁距离最近的AMR传感器。
S206、根据与磁铁距离最近的AMR传感器的绝对位置和与磁铁距离最近的AMR传感器与磁铁之间的角度确定磁铁所在空间的绝对位置。
本实施例的技术方案，通过多个AMR传感器组成阵列，将磁铁不同位置的磁场强度转化为电压输出，根据输出电压对应的等效电压值计算出AMR传感器与磁铁之间的角度值和对应的正余弦的标准度，并确定与磁铁距离最近的AMR传感器，由于在AMR传感器中心点位置-90°～90°区域内，磁铁位置和角度关系呈现类似线性关系，因此根据AMR传感器的绝对位置和AMR传感器与磁铁之间的角度值可以确定磁铁的绝对位置，实现了可以对磁铁在旋转、直线以及曲线等多种运动场合的绝对位置进行精准定位，且计算方法更加简便。
图4是本发明实施例提供的又一种基于AMR传感器阵列的绝对位置计算方法的流程图，可选地，参见图4，该方法包括：
S301、获取各AMR传感器输出电压值对应的等效电压值。
S302、根据AMR传感器对应的转换电压对应的等效电压值和角度计算公式确定AMR传感器与磁铁之间的角度值。
具体地，将等效正弦电压值的计算公式除以等效余弦电压值的计算公式进行计算可以得到角度计算公式，根据角度计算公式可以确定各AMR传感器与磁铁之间的角度值。化简后的角度计算公式为：
Figure BDA0004018372740000101
其中，θ为AMR传感器与磁铁之间的角度值，θ的取值范围可以为-90°～90°。
S303、根据AMR传感器对应的转换电压对应的等效电压值和正余弦的标准度计算公式确定AMR传感器对应的正余弦的标准度。
具体地，根据等效正弦电压值和等效余弦电压值以及正余弦的标准度计算公式可以计算出各AMR传感器对应的正余弦的标准度。正余弦的标准度计算公式为：
Figure BDA0004018372740000102
其中，r为正余弦的标准度。
S304、第一个时钟周期，将每个正余弦的标准度与其他正余弦的标准度相比较，并根据比较结果计算得分。
具体地，时钟周期为处理器进行一个计算步骤所需要的时间。第一个时钟周期，将每个AMR传感器对应的正余弦的标准度与其他AMR传感器对应的正余弦的标准度进行比较，并根据比较结果计算得分。如果比较结果为大于则得分为1；如果比较结果为小于则得分为0；如果比较结果为等于，则逻辑顺序优先的正余弦的标准度得分为1。其中，逻辑顺序优先即编号顺序靠前的正余弦的标准度，示例性地，当逻辑顺序是1号的数值是10，2号的数值也是10，那么1号和2号比较，1号逻辑顺序优先，1号得1分，2号不得分。
S305、第二个时钟周期，将正余弦的标准度与其他正余弦的标准度相比较的得分相加，得到总得分。
具体地，第二个时钟周期，将正余弦的标准度与其他正余弦的标准度相比较的得分相加，得到总得分。示例性地，假设有4个正余弦的标准度R1、R2、R3、R4，将R1分别与R2、R3、R4进行比较，得到3个得分，将3个得分相加得到R1的总得分；将R2分别与R1、R3、R4进行比较，得到3个得分，将3个得分相加得到R2的总得分，以此类推，得到每个正余弦的标准度各自的总得分。
S306、第三个时钟周期，根据正余弦的标准度的总得分进行从大到小排序，选出最大的3个正余弦的标准度，并确定最大的3个正余弦的标准度所对应的AMR传感器及其与磁铁之间的角度值。
具体地，第三个时钟周期，根据正余弦的标准度的总得分进行从大到小排序，选出最大的3个正余弦的标准度，并根据最大的3个正余弦的标准度确定最大的3个正余弦的标准度各自对应的AMR传感器，以及该AMR传感器与磁铁之间的角度值。
S307、若编号为N的AMR传感器所对应的角度值为正，且编号为N+1的AMR传感器所对应的角度值为负，则离磁铁最近的AMR传感器编号为N；若不满足上述条件，则继续进行判断。
具体地，AMR传感器的总数为M，编号N的取值范围为0≤N≤M-3。若编号为N的AMR传感器所对应的角度值为正，即编号为N的AMR传感器所对应的角度值为0°～90°，且编号为N+1的AMR传感器所对应的角度值为负，即编号为N+1的AMR传感器所对应的角度值为-90°～0°，则离磁铁最近的AMR传感器编号为N；若不满足上述条件，例如编号为N的AMR传感器所对应的角度值为负，且编号为N+1的AMR传感器所对应的角度值为正，则继续进行下一步判断。
需要说明的是，当N＝M-2时，上述步骤S209，若编号为N的AMR传感器所对应的角度值为正，且编号为N+1的AMR传感器所对应的角度值为负，则离磁铁最近的AMR传感器编号为N同样适用。
S308、若编号为N+1的AMR传感器所对应的角度值大于编号为N+2的AMR传感器所对应的角度值，且编号为N+2的AMR传感器所对应的角度值为正，则离磁铁最近的AMR传感器编号为N+1；其中，AMR传感器的总数为M，编号N的取值范围为0≤N≤M-3。
具体地，若编号为N+1的AMR传感器所对应的角度值大于编号为N+2的AMR传感器所对应的角度值，且编号为N+2的AMR传感器所对应的角度值为正；即编号为N+1的AMR传感器和编号为N+2的AMR传感器所对应的角度值为0°～90°，且编号为N+1的AMR传感器所对应的角度值大于编号为N+2的AMR传感器所对应的角度值，则离磁铁最近的AMR传感器编号为N+1。
S309、根据与磁铁距离最近的AMR传感器的绝对位置和与磁铁距离最近的AMR传感器与磁铁之间的角度确定磁铁所在空间的绝对位置。
本实施例的技术方案，通过多个AMR传感器组成阵列，将磁铁不同位置的磁场强度转化为电压输出，根据输出电压对应的等效电压值计算出AMR传感器与磁铁之间的角度值和对应的正余弦的标准度，并确定与磁铁距离最近的AMR传感器，由于在AMR传感器中心点位置-90°～90°区域内，磁铁位置和角度关系呈现类似线性关系，因此根据AMR传感器的绝对位置和AMR传感器与磁铁之间的角度值可以确定磁铁的绝对位置，实现了可以对磁铁在旋转、直线以及曲线等多种运动场合的绝对位置进行精准定位，且计算方法更加简便。
图5是本发明实施例提供的又一种基于AMR传感器阵列的绝对位置计算方法的流程图，图6为一种AMR传感器阵列的结构示意图，参见图6，AMR传感器阵列中的各AMR传感器沿固定的一个方向排列，相邻AMR传感器之间存在间距；可选地，参见图5，该方法包括：
S401、接收模数转换模块输出的各AMR传感器输出电压值对应的转换电压，转换电压为经模数转换模块校准并放大后的AMR传感器输出电压值。
S402、经过数据同步后，将多个AMR传感器对应的转换电压做归一化处理。
S403、根据AMR传感器对应的转换电压和等效电压计算公式计算出对应的AMR传感器输出电压值对应的等效电压值。
S404、根据AMR传感器对应的转换电压对应的等效电压值和角度计算公式确定AMR传感器与磁铁之间的角度值。
S405、根据AMR传感器对应的转换电压对应的等效电压值和正余弦的标准度计算公式确定AMR传感器对应的正余弦的标准度。
S406、第一个时钟周期，将每个正余弦的标准度与其他正余弦的标准度相比较，并根据比较结果计算得分。
S407、第二个时钟周期，将正余弦的标准度与其他正余弦的标准度相比较的得分相加，得到总得分。
S408、第三个时钟周期，根据正余弦的标准度的总得分进行从大到小排序，选出最大的3个正余弦的标准度，并确定最大的3个正余弦的标准度所对应的AMR传感器及其与磁铁之间的角度值。
S409、若编号为N的AMR传感器所对应的角度值为正，且编号为N+1的AMR传感器所对应的角度值为负，则离磁铁最近的AMR传感器编号为N；若不满足上述条件，则继续进行判断。
S410、若编号为N+1的AMR传感器所对应的角度值大于编号为N+2的AMR传感器所对应的角度值，且编号为N+2的AMR传感器所对应的角度值为正，则离磁铁最近的AMR传感器编号为N+1；其中，AMR传感器的总数为M，编号N的取值范围为0≤N≤M-3。
S411、根据相邻AMR传感器的中心间距，确定每个AMR传感器的绝对位置。
具体地，AMR传感器的中心间距可以根据测量需要进行设置，示例性地，AMR传感器的中心间距可以设为10mm。AMR传感器的绝对位置可以为：编号×中心间距，即编号为0的AMR传感器绝对位置为0mm，编号为1的AMR传感器绝对位置为10mm，编号为2的AMR传感器绝对位置为20mm，以此类推得到所有AMR传感器的绝对位置。
S412、根据与磁铁距离最近的AMR传感器的编号确定AMR传感器的绝对位置。
具体地，根据与磁铁距离最近的AMR传感器的编号确定AMR传感器的绝对位置。示例性地，假设与磁铁距离最近的AMR传感器的编号为5，则AMR传感器的绝对位置为50mm。
S413、根据与磁铁距离最近的AMR传感器与磁铁之间的角度计算出磁铁的实际位置与AMR传感器的绝对位置的距离。
具体地，根据与磁铁距离最近的AMR传感器与磁铁之间的角度计算出磁铁的实际位置与AMR传感器的绝对位置的距离。示例性地，假设与磁铁距离最近的AMR传感器的编号为5，且编号为5的AMR传感器对应的角度值为-45°，则可以确定AMR传感器的绝对位置为50mm，根据角度和位置的计算关系可以计算出磁铁的实际位置与AMR传感器的绝对位置的距离为-2.5mm。
S414、根据磁铁的实际位置与AMR传感器的绝对位置的距离、AMR传感器的绝对位置确定磁铁所在空间的绝对位置。
具体地，根据磁铁的实际位置与AMR传感器的绝对位置的距离、AMR传感器的绝对位置确定磁铁所在空间的绝对位置。示例性地，假设磁铁的实际位置与AMR传感器的绝对位置的距离为-2.5mm，AMR传感器的绝对位置为50mm，则磁铁所在空间的绝对位置为50-2.5＝47.5mm。
本实施例的技术方案，通过多个AMR传感器组成阵列，将磁铁不同位置的磁场强度转化为电压输出，根据输出电压对应的等效电压值计算出AMR传感器与磁铁之间的角度值和对应的正余弦的标准度，并确定与磁铁距离最近的AMR传感器，由于在AMR传感器中心点位置-90°～90°区域内，磁铁位置和角度关系呈现类似线性关系，因此根据AMR传感器的绝对位置和AMR传感器与磁铁之间的角度值可以确定磁铁的绝对位置，实现了可以对磁铁在旋转、直线以及曲线等多种运动场合的绝对位置进行精准定位，且计算方法更加简便。此外，本方法的绝对位置定位精度为22微米，重复定位精度为5.5微米，可以满足实际应用中的各种精度需求。
本发明实施例还提供了一种基于AMR传感器阵列的绝对位置计算装置，图7是本发明实施例提供的一种基于AMR传感器阵列的绝对位置计算装置的结构示意图，参见图7，该装置包括：
获取模块1，用于获取各AMR传感器输出电压值对应的等效电压值；
计算模块2，用于根据等效电压值确定对应的AMR传感器与磁铁之间的角度值和对应AMR传感器的正余弦的标准度；
选择模块3，用于根据最大的3个正余弦的标准度对应的AMR传感器及其与磁铁之间的角度值确定与磁铁距离最近的AMR传感器；
绝对位置计算模块4，用于根据与磁铁距离最近的AMR传感器的绝对位置和与磁铁距离最近的AMR传感器与磁铁之间的角度确定磁铁所在空间的绝对位置。
本实施例提供的基于AMR传感器阵列的绝对位置计算装置，通过获取模块获取各AMR传感器输出电压值对应的等效电压值，计算模块根据等效电压值计算出AMR传感器与磁铁之间的角度值和对应AMR传感器的正余弦的标准度，选择模块根据正余弦的标准度确定与磁铁距离最近的AMR传感器，由于在AMR传感器中心点位置-90°～90°区域内，磁铁位置和角度关系呈现类似线性关系，因此绝对位置计算模块根据AMR传感器的绝对位置和AMR传感器与磁铁之间的角度值可以确定磁铁的绝对位置；实现了可以对磁铁在旋转、直线以及曲线等多种运动场合的绝对位置进行精准定位，且计算方法更加简便。
图8是实现本发明实施例的基于AMR传感器阵列的绝对位置计算方法的电子设备的结构示意图，如图8所示，电子设备10包括至少一个处理器11，以及与至少一个处理器11通信连接的存储器，如只读存储器(ROM)12、随机访问存储器(RAM)13等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器11可以根据存储在只读存储器(ROM)12中的计算机程序或者从存储单元18加载到随机访问存储器(RAM)13中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 13中，还可存储电子设备10操作所需的各种程序和数据。处理器11、ROM 12以及RAM 13通过总线14彼此相连。输入/输出(I/O)接口15也连接至总线14。
电子设备10还包括模数转换模块，模数转换模块用于采集各AMR传感器的输出电压进行校准和放大等处理，并将各AMR传感器的输出电压值转换为数字量信号，即转换电压后输出至处理器。
电子设备10中的多个部件连接至I/O接口15，包括：输入单元16，例如键盘、鼠标等；输出单元17，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元18，例如磁盘、光盘等；以及通信单元19，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元19允许电子设备10通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
处理器11可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器11的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器11执行上文所描述的各个方法和处理，例如基于AMR传感器阵列的绝对位置计算方法。
在一些实施例中，基于AMR传感器阵列的绝对位置计算方法可被实现为计算机程序，其被有形地包含于计算机可读存储介质，例如存储单元18。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 12和/或通信单元19而被载入和/或安装到电子设备10上。当计算机程序加载到RAM 13并由处理器11执行时，可以执行上文描述的基于AMR传感器阵列的绝对位置计算方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，处理器11可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行基于AMR传感器阵列的绝对位置计算方法。
本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
用于实施本发明的方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
在本发明的上下文中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
为了提供与用户的交互，可以在电子设备上实施此处描述的系统和技术，该电子设备具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给电子设备。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)、区块链网络和互联网。
计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与VPS服务中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于AMR传感器阵列的绝对位置计算方法，其特征在于，所述AMR传感器阵列包括多个AMR传感器，所述计算方法包括：
获取各所述AMR传感器输出电压值对应的等效电压值；
根据所述等效电压值确定对应的所述AMR传感器与磁铁之间的角度值和对应所述AMR传感器的正余弦的标准度；
根据最大的3个所述正余弦的标准度对应的所述AMR传感器及其与磁铁之间的角度值确定与所述磁铁距离最近的所述AMR传感器；
根据与所述磁铁距离最近的所述AMR传感器的绝对位置和与所述磁铁距离最近的所述AMR传感器与所述磁铁之间的角度确定所述磁铁所在空间的绝对位置。
2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述获取各所述AMR传感器输出电压值对应的等效电压值包括：
接收模数转换模块输出的各所述AMR传感器输出电压值对应的所述转换电压，所述转换电压为经所述模数转换模块校准并放大后的AMR传感器输出电压值；
经过数据同步后，将多个所述AMR传感器对应的所述转换电压做归一化处理；
根据所述AMR传感器对应的所述转换电压和等效电压计算公式计算出对应的所述AMR传感器输出电压值对应的等效电压值。
3.根据权利要求2所述的计算方法，其特征在于，所述根据所述AMR传感器对应的所述转换电压和等效电压计算公式计算出对应的所述AMR传感器输出电压值对应的等效电压值包括：
根据所述转换电压计算等效正弦电压值；
根据所述转换电压计算等效余弦电压值。
4.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述根据所述等效电压值确定对应的所述AMR传感器与磁铁之间的角度值和对应所述AMR传感器的正余弦的标准度包括：
根据所述AMR传感器对应的转换电压对应的所述等效电压值和角度计算公式确定所述AMR传感器与磁铁之间的角度值；
根据所述AMR传感器对应的转换电压对应的所述等效电压值和正余弦的标准度计算公式确定所述AMR传感器对应的正余弦的标准度。
5.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，在所述根据最大的3个所述正余弦的标准度对应的所述AMR传感器及其与磁铁之间的角度值确定与所述磁铁距离最近的所述AMR传感器之前，包括：
第一个时钟周期，将每个所述正余弦的标准度与其他所述正余弦的标准度相比较，并根据比较结果计算得分；
第二个时钟周期，将所述正余弦的标准度与其他所述正余弦的标准度相比较的得分相加，得到总得分；
第三个时钟周期，根据所述正余弦的标准度的总得分进行从大到小排序，选出最大的3个所述正余弦的标准度，并确定最大的3个所述正余弦的标准度所对应的所述AMR传感器及其与磁铁之间的角度值。
6.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述AMR传感器阵列中的各所述AMR传感器沿固定的一个方向排列，相邻所述AMR传感器之间存在间距；所述根据最大的3个所述正余弦的标准度对应的所述AMR传感器及其与磁铁之间的角度值确定与所述磁铁距离最近的所述AMR传感器包括：
若编号为N的所述AMR传感器所对应的所述角度值为正，且编号为N+1的所述AMR传感器所对应的所述角度值为负，则离所述磁铁最近的所述AMR传感器编号为N；若不满足上述条件，则继续进行判断；
若编号为N+1的所述AMR传感器所对应的所述角度值大于编号为N+2的所述AMR传感器所对应的所述角度值，且编号为N+2的所述AMR传感器所对应的所述角度值为正，则离所述磁铁最近的所述AMR传感器编号为N+1；
其中，AMR传感器的总数为M，编号的取值范围为0≤N≤M-3。
7.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，在所述根据与所述磁铁距离最近的所述AMR传感器的绝对位置和与所述磁铁距离最近的所述AMR传感器与所述磁铁之间的角度确定所述磁铁所在空间的绝对位置之前，包括：
根据相邻所述AMR传感器的中心间距，确定每个所述AMR传感器的绝对位置。
8.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述根据与所述磁铁距离最近的所述AMR传感器的绝对位置和与所述磁铁距离最近的所述AMR传感器与所述磁铁之间的角度确定所述磁铁所在空间的绝对位置包括：
根据与所述磁铁距离最近的所述AMR传感器的编号确定所述AMR传感器的绝对位置；
根据与所述磁铁距离最近的所述AMR传感器与所述磁铁之间的角度计算出所述磁铁的实际位置与所述AMR传感器的绝对位置的距离；
根据所述磁铁的实际位置与所述AMR传感器的绝对位置的距离、所述AMR传感器的绝对位置确定所述磁铁所在空间的绝对位置。
9.一种基于AMR传感器阵列的绝对位置计算装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取各所述AMR传感器输出电压值对应的等效电压值；
计算模块，用于根据所述等效电压值确定对应的所述AMR传感器与磁铁之间的角度值和对应所述AMR传感器的正余弦的标准度；
选择模块，用于根据最大的3个所述正余弦的标准度对应的所述AMR传感器及其与磁铁之间的角度值确定与所述磁铁距离最近的所述AMR传感器；
绝对位置计算模块，用于根据与所述磁铁距离最近的所述AMR传感器的绝对位置和与所述磁铁距离最近的所述AMR传感器与所述磁铁之间的角度确定所述磁铁所在空间的绝对位置。
10.一种基于AMR传感器阵列的绝对位置计算设备，其特征在于，所述设备包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-8中任一所述的方法。
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