本發(fā)明涉物體位移傳感器及物體位移測量系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用加速度傳感器計算位移的方法和移動終端。

背景技術(shù)：
隨著智能手機的普及，加速度傳感器的得到了廣泛使用，圍繞加速度傳感器的應(yīng)用也越來越多。但是目前加速度傳感器只能夠測試物體所受的外力大小和方向，極大的限制了應(yīng)用的進一步開發(fā)，很多時候我們不但需要知道物體受到受外力的大小，還想知道物體在外力的作用下運動的軌跡和位移，這樣應(yīng)用范圍將更廣闊，目前手機使用的加速度傳感器不能夠用來測試物體移動位移，因為加速度傳感器測試加速度過程中存在非線性和遲滯現(xiàn)象，如下圖1所示，同一物體加速到某一速度后又減速到原來速度，物體加速度曲線和減速度曲線并不重合。物理學(xué)對物體運動分類，例如勻速直線運動，勻加速直線運動，勻減速直線運動等運動形式，在日常人體操作物體運動中根本不存。且在常見運動中，都存在摩擦噪音和撞擊噪音，這些噪音具有很大的加速度分量，遠(yuǎn)大于物體位移加速度量。既是不考慮這些噪音影響和加速度傳感器的非線性和遲滯對測試位移影響，也無法使用得到物體位移。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種利用加速度傳感器計算位移的方法和移動終端，利用現(xiàn)有的低成本加速度傳感器實現(xiàn)了物體位移的測試。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：一種利用加速度傳感器計算位移的方法，該方法包括如下步驟：步驟1：根據(jù)不同加速度傳感器對常見的物體運動形式的感應(yīng)反饋特點，對加速度傳感器采集物體運動過程中，各種不產(chǎn)生位移的加速度噪音進行濾除；步驟2：把常見的物體運動形式進行分類，再對分類后的物體運動形式進行“平均加速度—加速度”曲線進行校準(zhǔn)，繪制出物體不同類型運動的“平均加速度—加速度”曲線圖；步驟3：被測位移的物體運動時，記錄加速度傳感器在物體運動過程中數(shù)值得到物體運動的加速度曲線，根據(jù)物體運動加速度曲線判斷物體做何種類型運動，再在所述“平均加速度—加速度”曲線中查出物體對應(yīng)何種類型運動的平均加速度，計算出物體運動位移。優(yōu)選的，步驟2中，所述常見的物體運動形式進行分類是指根據(jù)加速度傳感器對物體運動加速度感應(yīng)類型分類；同類運動形式物體運動加速度曲線差異主要表現(xiàn)為加速度幅度和時間。優(yōu)選的，物體運動形式包括挪動運動，撞擊運動，擺動運動中的任一種。優(yōu)選的，所述物體運動種類的開始和結(jié)束加速度變化率均為零，即物體處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)。本發(fā)明還提供了一種利用加速度傳感器計算位移的方法，該方法包括如下步驟：步驟1：根據(jù)不同加速度傳感器對常見的運動形式的感應(yīng)反饋特點，對加速度傳感器采集物體運動過程中，各種不產(chǎn)生位移的加速度噪音進行濾除；步驟2：把常見的運動形式進行分類，再對分類后的運動形式采用近似算法進行校準(zhǔn)，繪制出不同類型運動“平均加速度—加速度”曲線圖；步驟3：被測位移的物體運動時，記錄加速度傳感器在物體運動過程中數(shù)值得到物體運動的加速度曲線，根據(jù)物體運動“加速度”曲線判斷物體做何種類型運動，再在對應(yīng)運動種類的“平均加速度—加速度”曲線類型圖中查出物體對應(yīng)此類運動的平均加速度，計算出物體運動位移，完成加速度傳感器對物體的位移測試。本發(fā)明的有益效果在于：利用現(xiàn)有的低成本加速度傳感器實現(xiàn)了物體位移的測試。附圖說明圖1為加速度傳感器的遲滯特性曲線。圖2a為第一人挪動不同物體的加速度曲線。圖2b為第二人挪動不同物體的加速度曲線。圖2c為第三人挪動不同物體的加速度曲線。圖3a為正向位移方向的加速度曲線。圖3b為反向位移方向加速度曲線。圖4為平均加速度—加速度校準(zhǔn)曲線。圖5為物體沿X方向挪動位移過程圖。圖6為三軸加速度傳感器采集物體沿X軸運動加速度曲線。圖7為經(jīng)過低通濾波器后的加速度曲線。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。本發(fā)明提供了一種利用加速度傳感器計算物體位移的方法。該發(fā)明發(fā)現(xiàn)了：1、常見運動過程中存在摩擦噪音和撞擊噪音等，這些噪音具有很大加速度分量，頻率較高，不產(chǎn)生位移，常見人體運動產(chǎn)生位移的加速度分量頻率集中在低頻段；2、常見人體運動產(chǎn)生位移同類運動運動過程的加速度曲線具有極高的相似度；3、利用加速度—平均加速度校準(zhǔn)方法減小計算位移的計算量，消除加速度傳感器測試誤差。利用這些發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)加速度傳感器計算物體的位移。本發(fā)明提供一種利用加速度傳感器計算位移的移動終端，其包括：加速度傳感器、濾波器、加速度傳感器，用于采集物體運動過程中的加速度值；濾波器，用于對加速度傳感器采集的物體運動過程中的加速度值進行低通濾波；處理器，用于對運動形式進行分類，再對分類后的運動形式分別進行平均加速度值與加速度值的對應(yīng)匹配。具體地，對于某一類運動形式的運動，只要知道運動時間和某一點的加速度值，就能夠得到該類運動形式物體在這段時間的位移。為了消除加速度傳感器線性誤差和遲滯對測試精度影響，對不同類型運動形式的物體運動過程，先等效為勻加速直線運動，預(yù)先對該類運動不同大小加速度對應(yīng)的勻加速度值，進行平均加速度—加速度校準(zhǔn)，保存得到的校準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)。判斷模塊，用于根據(jù)經(jīng)過濾波器低通濾波的加速度值，判斷當(dāng)前運動所屬的分類，以及根據(jù)所屬的分類中平均加速度值與加速度值的對應(yīng)匹配，得到當(dāng)前運動的平均加速度值，從而利用該平均加速度值得到位移值。根據(jù)數(shù)據(jù)判斷物體的運動為哪種類型運動，再根據(jù)運動過程加速度值大小，在對應(yīng)運動類型校準(zhǔn)數(shù)據(jù)中查出對應(yīng)的等效平均運動加速度，計算出物體位移。本發(fā)明提供的一種利用加速度傳感器計算物體位移的方法。該方法是根據(jù)不同加速度傳感器對常見的運動形式的感應(yīng)反饋特點，對加速度傳感器采集物體運動過程中，各種不產(chǎn)生位移的加速度噪音進行濾除；把常見的運動形式進行分類，再對分類后的運動形式進行“平均加速度—加速度”曲線進行校準(zhǔn)，繪制出不同類型運動“平均加速度—加速度”曲線圖。被測位移的物體運動時，記錄加速度傳感器在物體運動過程中數(shù)值，根據(jù)物體運動“加速度”曲線判斷物體做何種類型運動，再在對應(yīng)運動種類的“平均加速度—加速度”曲線類型圖中查出物體對應(yīng)此類運動的平均加速度，計算出物體運動位移，完成加速度傳感器對物體的位移測試。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)了常見人體操作物體運動的運動規(guī)律，按照這一規(guī)律把人體操作物體運動進行分類，同一類運動形式運動過程中的加速度曲線具有極高的相似度，它們之間區(qū)別僅限于加速度幅度和運動時間，如圖2所示，是人體挪動物體的一組加速度曲線，該類曲線是三個不同人挪動不同物體的加速度曲線，盡管三個人挪動不同物體所用的時間和移動的各距離不同，但加速度曲線形狀極為相似，區(qū)別僅在加速度的幅度和運動過程所用時間。對常見人體運動形式研究發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律。1、物理學(xué)中對物體運動分類的運動形式，在人體運動中幾乎不出現(xiàn)。2、人體常見運動形式(例如：走動，挪動，擺動、拋出等運動形式)，同類運動形式的加速度曲線極為相似，區(qū)別僅在加速度的幅度和運動過程所用時間。3、人體常見運動過程中存在摩擦噪音和撞擊噪音，這些噪音具有很大加速度，頻率較高，不產(chǎn)生位移，人體運動加速度頻率集中在0.5—10Hz之間。針對以上特點，用安裝在物體上的加速度傳感器測試物體位移，需要首先對加速度傳感器采集的數(shù)據(jù)進行低通濾波，消除摩擦噪音和撞擊噪音。對于某一類運動形式的運動，只要知道運動時間和某一點的加速度值，就能夠得到該類運動形式物體在這段時間的位移。為了消除加速度傳感器線性誤差和遲滯對測試精度影響，對不同類型運動形式的物體運動過程，先等效為勻加速直線運動，預(yù)先對該類運動不同大小加速度對應(yīng)的勻加速度值，進行平均加速度—加速度校準(zhǔn)，保存得到的校準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)。測試物體位移時，加速度傳感器采集物體運動過程中的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)判斷物體的運動為哪種類型運動，再根據(jù)運動過程加速度值大小，在對應(yīng)運動類型校準(zhǔn)數(shù)據(jù)中查出對應(yīng)的等效平均運動加速度，計算出物體位移。對加速度傳感器進行“平均加速度—加速度”校準(zhǔn)的主要作用是：1、不同運動類型加速度傳感器的線性度和遲滯大小有所差異，校準(zhǔn)可以消除加速度傳感器線性誤差和遲滯對位移計算的影響，提高測試精度2、簡化計算，節(jié)省系統(tǒng)資源。對于已知的運動類型(例如固定場景的游戲動作)只要采集固定點加速度和運動時間就可以得到物體的移動位移。該發(fā)明的核心是把人體復(fù)雜的運動進行分類，對于同一類運動通過查表方法或等效算法得到平均加速度，在利用平均加速度計算出物體位移。這樣就把復(fù)雜的運動過程，簡單化的求得位移。結(jié)合附圖5,用一款三軸加速度傳感器測試一物體由A位置移動-d位移到B位置，再由B位置移動到A位置的物體位移測試的具體實施方法。人體運動頻率集中在10HZ以內(nèi)，自然界各種噪音和人體移動物體運動中摩擦產(chǎn)生噪音常用加速度傳感器都會感應(yīng)的，特別是移動物體過程中摩擦產(chǎn)生的噪音和撞擊噪音，具有很大的加速度量而不會使加速度傳感器產(chǎn)生位移。加速度傳感器感應(yīng)特別敏感，這些噪音產(chǎn)生的加速度能量大于移動物體加速度量，但這些噪音能量集中在較高頻段。采集的加速度值首先經(jīng)過截止頻率在10HZ以下的低通濾波器，濾除噪音。經(jīng)過低通濾波器平滑后物體沿X軸移動后的加速度曲線加速度曲線圖3a和圖3b所示。正向運動和負(fù)方向運動的加速度曲線剛好反向，用于區(qū)分物體位移方向。物體這類移動過程中，在X軸正方向運動的峰峰值(或有效值)與平均加速度校準(zhǔn)曲線如圖4所示，圖中縱軸a是等效的平均加速度，橫軸A是峰峰值(或有效值)。在實際用于中三軸加速度傳感器的正負(fù)方向需要分別校準(zhǔn)，在一個運動過程中平均加速度a＝2s/t2，圖中的縱坐標(biāo)，在不同類型運動狀態(tài)中加速度傳感器采集加速度值經(jīng)過低通濾波器峰峰值(或有效值)位于橫坐標(biāo)。圖6是圖5中是挪動物體加速度隨時間曲線，物體運動過程加速度傳感器在x\y\z三個方向采集的加速度值。曲線中有大量噪音。圖7是圖6曲線中X軸加速度數(shù)值經(jīng)過10HZ低通濾波器平滑后的曲線。運動過程的起始點和結(jié)束點物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，加速度的變化率為0,應(yīng)用此定律在圖5物體由A點移動到B點時間為t1，有B點移動到A點時間為t2，如圖7所示。圖7物體由A點移動到B點過程中加速度峰峰值為A1，對應(yīng)圖4，查得的平均加速度為a1，應(yīng)用公式得出圖5中物體在X軸向由A點移動到B點位移如圖8所示，本發(fā)明一種利用加速度傳感器計算位移的方法，包括以下步驟：步驟S1、采集物體運動過程中的加速度值；步驟S2、對采集的物體運動過程中的加速度值進行低通濾波；步驟S3、根據(jù)加速度值對運動形式進行分類，再對分類后的運動形式分別進行平均加速度值與加速度值的對應(yīng)匹配；步驟S4、根據(jù)經(jīng)過濾波器低通濾波的加速度值，判斷當(dāng)前運動所屬的分類，以及根據(jù)所屬的分類中平均加速度值與加速度值的對應(yīng)匹配，得到當(dāng)前運動的平均加速度值，從而利用該平均加速度值得到位移值。本發(fā)明的有益效果在于：利用現(xiàn)有的低成本加速度傳感器實現(xiàn)了物體位移的測試。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。