CN117555271A - 基于陀螺仪的改进的电动升降桌将遇阻回退系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了基于陀螺仪的改进的电动升降桌将遇阻回退系统及方法，包括电机驱动模块、按键和显示模块、电流检测模块、陀螺仪和单片机；所述电机驱动模块通过H桥控制电机，通过四个NMOS搭建成H桥，通过接收单片机控制指令，来进行升降桌上升和下降；所述按键和显示模块内置有按键的驱动电路、数码管以及蜂鸣器的驱动电路，所述按键和显示模块与电机驱动模块进行交互，通过按键控制电机驱动模块动作，通过数码管将升降桌高度数据进行显示，通过蜂鸣器在上电以及复位时进行提示；所述电流检测模块为遇阻检测，在升降桌进行上升和下降时，电流检测模块进行实时电流检测，在遇到阻碍时，电机的电流会变大。

Description

基于陀螺仪的改进的电动升降桌将遇阻回退系统及方法

技术领域

本发明属于电动升降桌控制领域，特别涉及基于陀螺仪的改进的电动升降桌将遇阻回退系统及方法。

背景技术

目前，陀螺仪是一种测量和检测物体姿态和角速度的传感器，广泛应用于电动升降桌等智能家居产品中。电动升降桌是一种可以根据用户需求自动调节高度的办公桌，它能够提高办公人员的工作效率和舒适度。然而，在实际使用过程中，电动升降桌可能会遇到一些问题，例如遇阻回退困难。

遇阻回退是指在电动升降桌升降过程中，由于外部物体的阻碍或其他原因导致桌面无法顺利回退到初始位置的情况。这可能会给用户带来不便和困扰，甚至可能对桌面和周围环境造成损坏。因此，改进的电动升降桌需要具备遇阻回退系统，以提高用户的使用体验和安全性。

为了解决遇阻回退困难的问题，可以采用陀螺仪技术。陀螺仪可以实时感知桌面的姿态和角速度，并将这些信息传递给控制系统。当电动升降桌遇到阻力时，陀螺仪可以检测到桌面的姿态变化，并通过控制系统进行相应的调整。

具体而言，陀螺仪可以通过测量角速度的变化来判断桌面是否遇到阻力。当检测到角速度突然变小或趋近于零时，可以判断桌面遇到了阻力。此时，控制系统可以根据陀螺仪的信号，调整电动升降桌的升降速度和力度，以便桌面能够顺利回退。

此外，还可以利用陀螺仪的姿态信息来辅助遇阻回退系统的工作。通过检测桌面的姿态变化，可以判断桌面是否被阻挡的位置和角度，从而更准确地进行回退调整。例如，当陀螺仪检测到桌面前方受到阻力时，控制系统可以根据陀螺仪的信号，调整电动升降桌的回退方向和力度，以便桌面能够顺利回退。

基于陀螺仪的改进的电动升降桌遇阻回退系统可以通过实时感知桌面的姿态和角速度，判断桌面是否遇到阻力，并通过控制系统进行相应的调整，以提高电动升降桌的回退能力和稳定性。这将进一步提升用户的使用体验和安全性，为用户提供更加舒适和便捷的办公环境。

因此，现在亟需基于陀螺仪的改进的电动升降桌将遇阻回退系统及方法。

发明内容

本发明提出基于陀螺仪的改进的电动升降桌将遇阻回退系统及方法，解决了现有技术中市面上大都用电机电流和陀螺仪，其精度有限。往往物品被挤压变形或者人感觉很严重的疼痛才能感觉到的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：基于陀螺仪的改进的电动升降桌将遇阻回退系统，包括电机驱动模块、按键和显示模块、电流检测模块、陀螺仪和单片机；

所述电机驱动模块通过H桥控制电机，通过四个NMOS搭建成H桥，通过接收单片机控制指令，来进行升降桌上升和下降；

所述按键和显示模块内置有按键的驱动电路、数码管以及蜂鸣器的驱动电路，所述按键和显示模块与电机驱动模块进行交互，通过按键控制电机驱动模块动作，通过数码管将升降桌高度数据进行显示，通过蜂鸣器在上电以及复位时进行提示；

所述电流检测模块为遇阻检测，在升降桌进行上升和下降时，电流检测模块进行实时电流检测，在遇到阻碍时，电机的电流会变大，当电流的值大于设定的遇阻的阈值时，启动升降桌的回退指令，停止上升和下降；

所述陀螺仪与电流检测模块进行交互，在电流检测模块遇阻时，同步调取陀螺仪数据，通过陀螺仪数据进行辅助检测；

所述单片机用于接收电机驱动模块、按键和显示模块、电流检测模块和陀螺仪的数据，并根据预设操作指令，进行对应指令反馈。

本申请文件的电流检测的原理是遇到阻碍时，由于负载增大，电机的电流会变化，这种检测灵敏度很低，由于升降桌普遍较重，达到几十KG，所以需要很大的阻碍才能检测到。陀螺仪检测的原理是，检测陀螺仪中X，Y Z三轴的值，下降过程中，桌子遇到阻碍后，这三个轴的值会发生变化，通过判读值的变化来判断是否才生阻碍。通过和初始的数据做对比，当大于一定的遇阻就认为发了的阻碍，启动桌子的回退，陀螺仪传感器检测方案灵敏度比电流检测有所提高，下降过程中若遇到椅子等坚硬的物体能很好的检测到，但是若是遇到软的东西，例如人腿，由于阻碍是缓慢增加的，传感器的X Y Z轴的值变化很小，或者没有变化，检测效果就很不灵敏。陀螺仪检测相对来说比电流检测灵敏许多，但是还没有达到人们的预期，且有时没有遇到障碍物时也会误触发。非常影响体验。本发明改进了陀螺仪遇阻回退的算法，大大提升了检测的灵敏度且消除了误触。

该系统引入了陀螺仪传感器，实时感知桌面的姿态和角速度。通过检测桌面的姿态变化，可以更准确地判断桌面是否遇到阻力，并根据陀螺仪的信号进行相应的调整。这样可以提高遇阻回退系统的灵敏度和准确性。该系统还增加了电流检测模块，用于实时监测电机的电流变化。当电流的值大于设定的遇阻阈值时，系统会启动升降桌的回退指令，停止上升和下降操作，以避免因遇阻而造成的损坏或危险。采用单片机作为中央控制器，接收并处理电机驱动模块、按键和显示模块、电流检测模块和陀螺仪的数据。通过预设的操作指令，单片机可以对系统进行智能化控制和反馈，实现更加精确和可靠的操作。按键和显示模块，内置有按键的驱动电路、数码管以及蜂鸣器的驱动电路。用户可以通过按键控制电机驱动模块的动作，并通过数码管显示升降桌的高度数据，通过蜂鸣器进行提示。这样可以提高用户的操作便利性和交互体验。

作为一优选的实施方式，所述电机驱动模块内置有MOS驱动芯片，所述MOS驱动芯片型号为LKS560，通过接收单片机的PWM信号控制升降桌的上升和下降。

作为一优选的实施方式，所述单片机采用LKS32M07X系列ARM M0核单片机，单片机主频设置为96M，FLASH设置为128KB。

作为一优选的实施方式，所述陀螺仪接收升降桌的X、Y、Z轴的角度变化数据，并根据设置的陀螺仪优化算法进行数据噪音消除后，将过滤后的数据反馈至单片机内。

基于陀螺仪的改进的电动升降桌将遇阻回退方法，所述方法包括如下步骤：

升降桌在进行抬升和下降时，联动启动陀螺仪进行遇阻检测，在升降桌静止时关闭联动的陀螺仪；

在联动启动陀螺仪进行遇阻检测时，每5S校准依次陀螺仪各个轴的基准0点，防止桌子搬运时控制器角度倾斜，影响陀螺仪的判断0点；

在升降桌在进行抬升和下降后1秒内启动陀螺仪进行遇阻检测，并在1S内，控制电机驱动模块缓慢加速，升降桌的运动距离限制不超过0.5cm；

在陀螺仪启动后，陀螺仪采集遇阻次数达到3次以上，启动升降桌的遇阻回退功能，并在回退完成后将遇阻回退标志位清零，等待下一次电机驱动模块动作。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：采用改进的陀螺仪遇阻回退算法的电动升降桌系统在遇到阻力时可以实现更灵敏的回退操作，并消除误触的问题。此外，该系统还具备一个特点，即控制器可以安装在可以任意调整角度的桌板上，提供更大的灵活性和便利性。

为了实现更灵敏的遇阻回退操作，该系统采用了改进的陀螺仪算法。传统的陀螺仪算法主要基于角速度的变化来判断桌面是否遇到阻力，但在某些情况下可能会出现误判的问题。为了解决这个问题，改进的算法结合了陀螺仪的角速度和姿态信息，通过综合分析判断桌面是否遇到阻力。这种综合分析可以提高系统对阻力的感知能力，从而使回退操作更加准确和可靠。

此外，该系统的另一个特点是控制器可以安装在可以任意调整角度的桌板上。传统的电动升降桌系统通常将控制器固定在桌子的固定位置，限制了桌子的使用方式和角度调整。而改进的系统采用了灵活的设计，可以将控制器安装在桌板上的任意位置，使得用户可以根据自己的需求随意调整桌子的角度和姿态。这种设计不仅提供了更大的灵活性和便利性，还增加了桌子的适应性和用户体验。

采用改进的陀螺仪遇阻回退算法的电动升降桌系统通过提高系统对阻力的感知能力，实现更灵敏的回退操作，并消除误触的问题。同时，该系统的控制器可以安装在可以任意调整角度的桌板上，提供更大的灵活性和便利性。这些特点使得该系统在使用过程中更加智能化、灵活化和用户友好化。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明系统框图；

图2为本发明电机驱动电路图；

图3为本发明电机驱动局部放大图A

图4为本发明电机驱动局部放大图B

图5为本发明电机驱动局部放大图C；

图6为本发明按键电路图；

图7为本发明数码管电路图；

图8为本发明蜂鸣器电路图；

图9为本发明陀螺仪电路图；

图10为本发明电机电流检测电路图；

图11为本发明电源部分电路图；

图12为本发明单片机部分电路图。

具体实施方式

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

如图1～12所示，基于陀螺仪的改进的电动升降桌将遇阻回退系统，包括电机驱动模块、按键和显示模块、电流检测模块、陀螺仪和单片机；

所述电机驱动模块通过H桥控制电机，通过四个NMOS搭建成H桥，通过接收单片机控制指令，来进行升降桌上升和下降；

所述按键和显示模块内置有按键的驱动电路、数码管以及蜂鸣器的驱动电路，所述按键和显示模块与电机驱动模块进行交互，通过按键控制电机驱动模块动作，通过数码管将升降桌高度数据进行显示，通过蜂鸣器在上电以及复位时进行提示；

所述电流检测模块为遇阻检测，在升降桌进行上升和下降时，电流检测模块进行实时电流检测，在遇到阻碍时，电机的电流会变大，当电流的值大于设定的遇阻的阈值时，启动升降桌的回退指令，停止上升和下降；

所述陀螺仪与电流检测模块进行交互，在电流检测模块遇阻时，同步调取陀螺仪数据，通过陀螺仪数据进行辅助检测；

所述单片机用于接收电机驱动模块、按键和显示模块、电流检测模块和陀螺仪的数据，并根据预设操作指令，进行对应指令反馈。

单片机部分：

单片机采用南京凌鸥创芯的LKS32M07X系列ARM M0核单片机，主频达到96M，FLASH为128KB，各种硬件资源非常丰富

电机驱动部分采用H桥方法控制电机，用四个NMOS搭建成H桥，MOS驱动芯片采用南京凌鸥创芯的LKS560，通过接收单片机的PWM信号，来实现啊升降桌的上升，下降。

按键和显示部分主要是按键的驱动电路，数码管以及蜂鸣器的驱动电路。通过按按键来实现桌子的上升或者下降或者其他的一些操作。数码管会显示桌子的高度以及一些其他的信息。蜂鸣器主要是用来在上电或者复位等操作中作为提示。

遇阻检测模块：

电流检测的原理电动桌升降时实时监测电机的电流，遇到阻碍时，电机的电流会变大，当电流的值大于设定的遇阻的阈值时，认为遇到阻碍了，启动桌子的回退指令。这种检测的缺点是需要极大的阻碍，电流才有变化，检测非常不灵敏。

陀螺仪检测的原理是上升或者下降过程中，当遇到阻碍时，桌子的X Y Z三个轴的角度会发生略微改变，通过和初始的数据做对比，当大于一定的遇阻就认为发了的阻碍，启动桌子的回退，陀螺仪传感器检测方案灵敏度比电流检测有所提高，下降过程中若遇到椅子等坚硬的物体能很好的检测到，但是若是遇到软的东西，例如人腿，由于阻碍是缓慢增加的，传感器的X Y Z轴的值变化很小，或者没有变化，检测效果就很不灵敏。而且桌子刚开始运动的瞬间会略微晃动，导致发生误触。再者，若是控制器安装时没有安装水平，也会影响检测精度，基于陀螺仪检测的如上这些缺点，优化了陀螺仪检测的算法，提高了检测精度，消除了误触。

所述电机驱动模块内置有MOS驱动芯片，所述MOS驱动芯片型号为LKS560，通过接收单片机的PWM信号控制升降桌的上升和下降。该模块内置了一种名为LKS560的MOS驱动芯片。该驱动芯片通过接收单片机发送的PWM信号来控制升降桌的上升和下降。PWM信号是一种脉冲宽度调制信号，通过调整脉冲的高电平时间来控制电机的运行状态。当单片机发送不同的PWM信号给驱动芯片时，驱动芯片会相应地控制电机的转动，从而实现升降桌的上升和下降功能。MOS驱动芯片是一种常用的电路元件，能够提供高电流和高电压的驱动能力，用于控制电机等高功率设备的运行。

所述单片机采用LKS32M07X系列ARM M0核单片机，单片机主频设置为96M，FLASH设置为128KB。单片机采用的是LKS32M07X系列的ARM M0核单片机。ARM M0核是一种低功耗、高性能的处理器核，适用于嵌入式系统和物联网应用。该单片机的主频被设置为96M，这意味着它的运行速度为96兆赫兹，可以处理更复杂的任务和算法。FLASH是单片机中的一种非易失性存储器，用于存储程序代码和数据。这里提到的单片机的FLASH容量被设置为128KB，这意味着它可以存储128千字节的数据和程序代码。这样的容量通常足够存储一些较小规模的应用程序和数据。通过这些配置，单片机能够提供高性能的计算和存储能力，适用于各种嵌入式系统和物联网设备的开发和控制。

所述陀螺仪接收升降桌的X、Y、Z轴的角度变化数据，并根据设置的陀螺仪优化算法进行数据噪音消除后，将过滤后的数据反馈至单片机内。该系统使用陀螺仪来接收升降桌的X、Y、Z轴的角度变化数据，并通过陀螺仪优化算法对数据进行噪音消除。优化算法的目的是提高数据的准确性和稳定性。经过优化后的数据将被反馈给单片机，供其进一步处理和使用。陀螺仪是一种用于测量和检测物体角度和方向的传感器。在这个系统中，陀螺仪被用来测量升降桌在X、Y、Z轴上的角度变化。这些数据可能会受到噪音的干扰，因此需要进行噪音消除处理。为了优化数据，系统采用了陀螺仪优化算法。该算法可以通过各种方法，如滤波、平滑或插值等技术，对陀螺仪数据进行处理，以减少噪音的影响，提高数据的准确性和稳定性。优化后的数据将被反馈给单片机，单片机可以根据这些数据进行相应的控制和操作。例如，可以根据升降桌的角度变化来实现自动调节升降桌的高度或位置。

基于陀螺仪的改进的电动升降桌将遇阻回退方法，所述方法包括如下步骤：

升降桌在进行抬升和下降时，联动启动陀螺仪进行遇阻检测，在升降桌静止时关闭联动的陀螺仪；在联动启动陀螺仪进行遇阻检测时，每5S校准依次陀螺仪各个轴的基准0点，防止桌子搬运时控制器角度倾斜，影响陀螺仪的判断0点；在升降桌在进行抬升和下降后1秒内启动陀螺仪进行遇阻检测，并在1S内，控制电机驱动模块缓慢加速，升降桌的运动距离限制不超过0.5cm；在陀螺仪启动后，陀螺仪采集遇阻次数达到3次以上，启动升降桌的遇阻回退功能，并在回退完成后将遇阻回退标志位清零，等待下一次电机驱动模块动作。

该方法的工作流程为桌子在运动过程中启动陀螺仪的遇阻检测，当桌子静止后，关闭陀螺仪的遇阻检测。由于桌子的控制器可能安装在桌子的任何位置，有的桌子桌板是可以翻转角度的，所以给陀螺仪增加了一个5S校准一下各个轴零点的算法。这样无论按照控制器的桌板角度怎样变化，也不会影响陀螺仪的遇阻检测。桌子刚开始运动时，会不平稳，会发生晃动，此时若是启用陀螺仪的检测，会经常发生误触。所以刚开始运动时，会有1S的屏蔽时间，这一秒内，陀螺仪不会被启用。但这1S有可能会发生遇阻，为了安全，这段时间会让桌子缓慢加速，运行距离不超过0.5cm，确保风险做到最小。桌子正常运行过程中，为了消除误触，陀螺仪的遇阻标志位变为3之后，才会启动回退。也就是说陀螺仪采集到3次遇阻事情后，才启动遇阻回退。此举是为了刨除偶然发生的误动作。一次遇阻回退事情结束之后，会把遇阻回退标志位清零，之后等待下一次升降事件。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于陀螺仪的改进的电动升降桌将遇阻回退系统，其特征在于，包括电机驱动模块、按键和显示模块、电流检测模块、陀螺仪和单片机；

所述电机驱动模块通过H桥控制电机，通过四个NMOS搭建成H桥，通过接收单片机控制指令，来进行升降桌上升和下降；

所述按键和显示模块内置有按键的驱动电路、数码管以及蜂鸣器的驱动电路，所述按键和显示模块与电机驱动模块进行交互，通过按键控制电机驱动模块动作，通过数码管将升降桌高度数据进行显示，通过蜂鸣器在上电以及复位时进行提示；

所述电流检测模块为遇阻检测，在升降桌进行上升和下降时，电流检测模块进行实时电流检测，在遇到阻碍时，电机的电流会变大，当电流的值大于设定的遇阻的阈值时，启动升降桌的回退指令，停止上升和下降；

所述陀螺仪与电流检测模块进行交互，在电流检测模块遇阻时，同步调取陀螺仪数据，通过陀螺仪数据进行辅助检测；

所述单片机用于接收电机驱动模块、按键和显示模块、电流检测模块和陀螺仪的数据，并根据预设操作指令，进行对应指令反馈。

2.如权利要求1所述的基于陀螺仪的改进的电动升降桌将遇阻回退系统，其特征在于：所述电机驱动模块内置有MOS驱动芯片，所述MOS驱动芯片型号为LKS560，通过接收单片机的PWM信号控制升降桌的上升和下降。

3.如权利要求1所述的基于陀螺仪的改进的电动升降桌将遇阻回退系统，其特征在于：所述单片机采用LKS32M07X系列ARM M0核单片机，单片机主频设置为96M，FLASH设置为128KB。

4.如权利要求1所述的基于陀螺仪的改进的电动升降桌将遇阻回退系统，其特征在于：所述陀螺仪接收升降桌的X、Y、Z轴的角度变化数据，并根据设置的陀螺仪优化算法进行数据噪音消除后，将过滤后的数据反馈至单片机内。

5.基于陀螺仪的改进的电动升降桌将遇阻回退方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

升降桌在进行抬升和下降时，联动启动陀螺仪进行遇阻检测，在升降桌静止时关闭联动的陀螺仪；

在联动启动陀螺仪进行遇阻检测时，每5S校准依次陀螺仪各个轴的基准0点，防止桌子搬运时控制器角度倾斜，影响陀螺仪的判断0点；

在升降桌在进行抬升和下降后1秒内启动陀螺仪进行遇阻检测，并在1S内，控制电机驱动模块缓慢加速，升降桌的运动距离限制不超过0.5cm；

在陀螺仪启动后，陀螺仪采集遇阻次数达到3次以上，启动升降桌的遇阻回退功能，并在回退完成后将遇阻回退标志位清零，等待下一次电机驱动模块动作。