[发明专利]一种利用三轴加速度计检测倾角的处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种加速度传感计在电子/机械行业的应用，尤其涉及一种利用三轴加速度计检测倾角的处理方法。

背景技术

在电子或是机械领域，越来越多的用到加速度传感计的重力矢量及其在轴上的投影来确定倾角度。但是，这种方法存在以下不足：一、不管是利用单轴、两轴还是三轴的加速度计来检测倾角，由于其算法的原因只能局限于一个特定的范围，要不倾角发生在小范围内，做到高精度的检测；要不在大范围内，快速检测；无法同时做到不管在哪个范围内，既能高精度检测也能快速检测。二、单轴和两轴加速度计在使用过程中，受到其本身特性的限制，如单轴加速度计倾角检测系统，是通过反正弦函数                                                来实现从加速度到角度的转换，可以发现单轴加速度计用于检测倾角的不足及局限性，该角越接近±90°，灵敏度越接近于0，而检测范围也受到限制，从公式中也能得知，检测范围是-90°～ +90°。采用两轴加速度计，也同样受到检测范围的限制。从公式中能得知，检测范围为0°～ 360°，而不能做到对整个球面的倾角检测。

发明内容

本发明的目的是要解决上述现有技术的不足，提供一种全方位、高精度、高灵敏度、及快速动态的倾角检测的处理方法。

本发明的目的是采用下述的技术方案来实现：

一种利用三轴加速度计检测倾角的处理方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

（1）分别对被测倾角的X轴/Y轴/Z轴倾角进行粗调，所述的对被测倾角粗调采用算法公式：|Cd_n-Pd_n|>=Th，

其中：n是对应三轴的某一轴X轴/Y轴/Z轴，Cd_n是当前三轴加速度计采集到的X轴/Y轴/Z轴的输出值，Pd_n是上一次三轴加速度计采集到的X轴/Y轴/Z轴的输出值，Th是设置的阈值。

这个值根据实际情况来设置，但不能在加速度计采集数据的噪音范围内，否则会误判。公式的意思是当当前采集到的数据和上一次采集到的数据进行比较，如果超过了设定的阈值，并且连续三次超过了阈值（为了确保当前状态确实与上一次测的数据发生大范围的变化，而不是某个噪音引起的变化），Cd_n = Pd_n-Th(当前值Cd_n大于初始值Pd_n)或Cd_n = Pd_n+Th (当前值Cd_n小于初始值Pd_n)。通过这个算法分别实现对被测倾角的X轴/Y轴/Z轴倾角的粗调，以实现快速的定位到被测倾角当前的状态。

（2）分别对被测倾角的X轴/Y轴/Z轴倾角进行细调，所述的对被测倾角细调采用算法公式：Cd_n = Pd_n+( Cd_n – Pd_n)/AverTimes，

其中：n是对应三轴的某一轴X轴/Y轴/Z轴，AverTimes是调整分辨率的平均次数的参数，Pd_n是上一次三轴加速度计采集到的X轴/Y轴/Z轴输出数据，Cd_n是当前三轴加速度计采集到的X轴/Y轴/Z轴输出数据。

通过这个算法实现对被测倾角的X轴/Y轴/Z轴倾角的细调，以提高被测倾角当前状态的分辨率。

（3）采用如下的算法得到被测倾角数据： ，

，

，

其中：Ax、Ay、Az分别是三轴加速度计X轴/Y轴/Z轴输出值经过上述步骤（1）粗调和步骤（2）细调后的Pd_X、Pd_Y、Pd_Z，即上述步骤（2）细调公式中的Pd_n值，θ是X轴和水平面的夹角，Ψ是Y轴和水平面的夹角，Φ是Z轴和水平面垂直面的倾角。

本发明提供的利用三轴加速度计检测倾角的处理方法，是利用三轴加速度计配合本发明独特的算法对相应的设备或产品进行全方位、高精度、高灵敏度及快速动态的倾角检测，本处理方法是从程序的角度提出的一个利用粗调加细调的独特算法及配合加速度计内置的运动状态检测到的数据进行计算的处理方法。粗调可实现设备或产品快速定位到当前的倾角状态，细调则提高对设备或产品当前倾角状态检测的分辨率，倾角检测采用读取三轴加速度计的三轴数据进行运算分析出角度。

本发明的突出特点在于：全方位的检测范围，整个球面的不同角度都能高分辨率的检测；高精度检测，加速度计内置的十二位高精度运动检测得出的原始采集数据；通过粗调加细调的独特算法体现高灵敏度检测；通过粗调算法体现快速动态检测。具体测试数据见下表：

表1、表2所示分别是两种现有普通算法及本发明算法所得到的分辨率（即精度）及检测时间的数据：

表1

表2

表3