本發(fā)明涉及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種舉高消防車臂架的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

舉高消防車是消防部隊(duì)進(jìn)行高空滅火救援任務(wù)的主要裝備。在高空救援時(shí)，舉高車臂架晃動(dòng)程度及動(dòng)作時(shí)的平順性、工作斗調(diào)平的響應(yīng)速度及調(diào)平精度、各安全限位及極限位置減速保護(hù)裝置的可靠性、各位置傳感器的準(zhǔn)確性等對于舉高消防車作業(yè)的安全性至關(guān)重要，直接關(guān)系到消防救援人員及待救群眾的生命安全。消防車在使用之前以及日常維護(hù)階段需進(jìn)行安全檢測，目前的檢測多數(shù)采用檢驗(yàn)人員目測的方式，以主觀判斷為主，無法提供進(jìn)一步的數(shù)據(jù)記錄，因此檢驗(yàn)結(jié)果不盡客觀，難以滿足檢驗(yàn)要求。因此提高舉高消防車臂架的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢測精確度，提高消防車臂架工作安全性與可靠性是非常有必要的。

目前國內(nèi)外對舉高消防車安全性能尚無專用的檢測裝置，仍然以檢驗(yàn)人員目測，主觀判斷為主，無法提供進(jìn)一步的數(shù)據(jù)支持，一方面檢測結(jié)果不盡客觀，不符合檢驗(yàn)要求，另一方面對檢驗(yàn)人員的專業(yè)素質(zhì)要求較高，基層消防部隊(duì)缺乏技術(shù)和裝備對以上指標(biāo)檢驗(yàn)、驗(yàn)收。在相應(yīng)的檢測系統(tǒng)方面，隨著電子和機(jī)械技術(shù)水平的不斷提高，也出現(xiàn)了包括如消防車水力系統(tǒng)性能，消防車舉高回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)性能，壓力平衡系統(tǒng)性能，消防車控制系統(tǒng)性能的相關(guān)軟硬件檢測系統(tǒng)，但是仍然沒有在整體安全系數(shù)上的檢測系統(tǒng)。為滿足整體安全系統(tǒng)上的檢測需求，本發(fā)明研制一種實(shí)時(shí)，準(zhǔn)確，可回放的舉高消防車安全檢測系統(tǒng)，為舉高消防車臂架運(yùn)動(dòng)狀態(tài)提供精確、有效以及實(shí)時(shí)地檢測并仿真。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種舉高消防車臂架的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測、記錄及仿真舉高消防車臂架的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種舉高消防車臂架的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢測系統(tǒng)，包括運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號采集器、無線傳輸模塊和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號處理檢測終端，所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號采集器安裝在舉高消防車上，用于檢測舉高消防車臂架的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；所述無線傳輸模塊用于將所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號采集器獲取的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)送至所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號處理檢測終端；所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號處理檢測終端對收到的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號進(jìn)行處理分析，檢測、記錄并利用三維模型實(shí)時(shí)仿真消防車臂架的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號采集器包括mems傳感器、激光傳感器和mcu控制器，所述mems傳感器固定于舉高消防車臂架外部連接點(diǎn)處，用于檢測舉高消防車臂架的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)；所述激光傳感器固定于舉高消防車臂架連接處，用于測量消防車臂架的長度；所述mcu控制器固定于消防車內(nèi)部，用于接收所述mems傳感器和激光傳感器的采集值，融合所述mems傳感器的采集值得出消防車臂架運(yùn)動(dòng)角度數(shù)據(jù)。

所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號采集器包括mems傳感器、激光傳感器和mcu控制器，所述mems傳感器固定于舉高消防車臂架外部連接點(diǎn)處，用于檢測舉高消防車臂架的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)；所述激光傳感器固定于舉高消防車臂架連接處，用于測量消防車臂架的長度；所述mcu控制器固定于消防車內(nèi)部，用于接收所述mems傳感器和激光傳感器的采集值，融合所述mems傳感器的采集值得出消防車臂架運(yùn)動(dòng)角度數(shù)據(jù)。

所述mems傳感器包括加速度計(jì)和陀螺儀；所述加速度計(jì)用于檢測三維笛卡爾坐標(biāo)系中的加速度值；所述陀螺儀用于檢測坐標(biāo)軸的角速度值。

所述mcu控制器通過i2c通信協(xié)議接收所述mems傳感器測量值，利用卡爾曼濾波算法實(shí)現(xiàn)多個(gè)mems傳感器的數(shù)據(jù)融合并進(jìn)行角度整合，獲得消防車臂架運(yùn)動(dòng)角度數(shù)據(jù)；所述mcu控制器通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器接收激光傳感器所測量消防車臂架長度數(shù)據(jù)。

所述陀螺儀為微機(jī)械陀螺儀傳感器，所述激光傳感器為半導(dǎo)體激光測距傳感器，所述mcu控制器為以arm-cortex-m4為內(nèi)核的32位微型處理單元。

所述mcu控制器在對多個(gè)mems傳感器的數(shù)據(jù)融合并進(jìn)行角度整合時(shí)具體包括：先驗(yàn)估計(jì)計(jì)算，預(yù)測協(xié)方差矩陣，計(jì)算卡爾曼增益，通過卡爾曼增益對先驗(yàn)估計(jì)計(jì)算進(jìn)行修正，根據(jù)修正結(jié)果對協(xié)方差矩陣進(jìn)行更新。

所述無線傳輸模塊為全雙工連傳無線串口模塊，利用uart異步串口通信協(xié)議與所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號處理檢測終端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號處理檢測終端包括運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、參數(shù)傳遞模塊和數(shù)據(jù)管理模塊；所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)接收模塊定時(shí)讀取無線串口獲取所述無線傳輸模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并解析；所述數(shù)據(jù)處理模塊將所述運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)接收模塊解析所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并還原成三維空間坐標(biāo)；所述參數(shù)傳遞模塊將所述數(shù)據(jù)處理模塊所得三維空間坐標(biāo)按照通訊協(xié)議組包發(fā)送至unity3d三維顯示控件之中進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；所述數(shù)據(jù)管理模塊將所述運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)接收模塊解析所得數(shù)據(jù)按類存儲(chǔ)至access2010數(shù)據(jù)庫中。

有益效果

由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果：本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確和可回放的舉高消防車臂架的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，為舉高消防車臂架運(yùn)動(dòng)狀態(tài)提供精確、有效以及實(shí)時(shí)地檢測和仿真，提高了舉高消防車臂架的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢測精確度，提高了消防車臂架工作安全性與可靠性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的流程框圖；

圖3是檢測裝置安裝及偏置量示意圖；

圖4是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號處理檢測終端結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是舉高消防車unity3d仿真示意圖；

圖6是舉高消防車臂架的運(yùn)動(dòng)仿真示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種舉高消防車臂架運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢測系統(tǒng)，如圖1所示，包括運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號采集器1、無線傳輸模塊2和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號處理檢測終端6。所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號處理檢測終端6為本發(fā)明的核心，通過無線傳輸模塊2連接運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號采集器1，實(shí)現(xiàn)檢測、記錄并利用unity3d模型實(shí)時(shí)仿真舉高消防車臂架的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

如圖1所示，所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號采集器1包括mems(micro-electro-mechanicalsystem，微機(jī)電系統(tǒng))傳感器3、激光傳感器2和mcu(microcontrollerunit，微控制單元)控制器4，所述mems傳感器3固定于所述舉高消防車臂架外部連接點(diǎn)處，包括加速度計(jì)和陀螺儀；所述加速度計(jì)用于檢測三維笛卡爾坐標(biāo)系中的加速度值；所述陀螺儀用于檢測三個(gè)坐標(biāo)軸的角速度值；所述激光傳感器2，固定于所述舉高消防車臂架連接處，用于測量消防車臂架的長度；所述mcu控制器4固定于消防車內(nèi)部，用于接收所述mems傳感器和激光傳感器采集值，融合所述mems傳感器采集值得出消防車臂架運(yùn)動(dòng)角度。值得一提的是，所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號采集器模塊1的個(gè)數(shù)可以為多個(gè)個(gè)，檢測裝置安裝及偏置量示意圖如圖3所示，通過多個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號采集器來進(jìn)行舉高消防車臂架信息的采集。

所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號采集器包括mcu控制器模塊、mems傳感器模塊以及激光傳感器模塊；所述mcu控制器通過i2c通信協(xié)議接收所述mems傳感器測量值，利用卡爾曼濾波算法實(shí)現(xiàn)加速度計(jì)和陀螺儀數(shù)據(jù)融合進(jìn)行角度整合，獲得消防車臂架角度數(shù)據(jù)；所述mcu控制器通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器接收激光傳感器所測量消防車臂架長度數(shù)據(jù)。

所述卡爾曼濾波算法實(shí)現(xiàn)加速度計(jì)和陀螺儀數(shù)據(jù)融合進(jìn)行角度整合，包括以下子步驟：

(1)先驗(yàn)估計(jì)計(jì)算；

(2)協(xié)方差矩陣的預(yù)測；

(3)卡爾曼增益計(jì)算；

(4)通過卡爾曼增益對先驗(yàn)估計(jì)計(jì)算進(jìn)行修正；

(5)根據(jù)修正結(jié)果更新協(xié)方差矩陣。

所述加速度計(jì)為三軸諧振式微機(jī)械加速度計(jì)傳感器，用于閾值檢測和所述舉高消防車各臂架的運(yùn)動(dòng)加速度測量，將檢測數(shù)據(jù)數(shù)字化輸出至所述mcu控制器。

所述陀螺儀為微機(jī)械陀螺儀傳感器，用于測量所述舉高消防車各臂架在笛卡爾坐標(biāo)系下各方向角速度值，將檢測數(shù)據(jù)數(shù)字化輸出至所述mcu控制器。

所述激光傳感器為半導(dǎo)體激光測距傳感器，測定所述舉高消防車各臂架伸長長度，通過輸出模擬量電壓值將檢測數(shù)據(jù)傳輸至所述mcu控制器。

所述mcu控制器為以arm-cortex-m4為內(nèi)核的32位微型處理單元，用于整合所述mems傳感器測量值生成對應(yīng)角度值，并將計(jì)算所得角度值以及所述激光傳感器所測角度值通過所述無線傳輸模塊發(fā)送至所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號處理檢測終端。

所述無線傳輸模塊為全雙工連傳無線串口模塊，利用uart異步串口通信協(xié)議與所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號處理檢測終端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

所述無線傳輸模塊5通過各類通信協(xié)議，將運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號采集器1與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號處理檢測終端6實(shí)現(xiàn)無線連接，使得運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢測信號能被高效的處理利用，例如通過全雙工連傳無線串口模塊as32-ttl-100利用uart無線通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)無線連接，這樣使得傳輸距離較遠(yuǎn)且穩(wěn)定性能好。

本發(fā)明具體實(shí)施流程如圖2所示，通過運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號采集器采集舉高消防車臂架各部分運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號，通過無線傳輸協(xié)議將采集到的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號發(fā)送到運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號處理檢測終端，利用特定有效的算法對收到的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號進(jìn)行處理分析，檢測、記錄并利用unity3d模型如圖5所示實(shí)時(shí)仿真消防車臂架的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號處理檢測終端可采用各類終端，例如pc機(jī)和嵌入式處理器，本實(shí)施方式中運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號處理檢測終端結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示，包括運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、參數(shù)傳遞模塊和數(shù)據(jù)管理模塊。所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)接收模塊定時(shí)讀取無線串口獲取所述無線傳輸模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并解析；所述數(shù)據(jù)處理模塊將所述運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)接收模塊解析所得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并還原成三維空間坐標(biāo)；所述參數(shù)傳遞模塊將所述數(shù)據(jù)處理模塊所得三維空間坐標(biāo)按照通訊協(xié)議組包發(fā)送至unity3d三維顯示控件之中進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，舉高消防車臂架的運(yùn)動(dòng)仿真示意圖如圖6所示。所述數(shù)據(jù)管理模塊將所述運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)接收模塊解析所得數(shù)據(jù)按類存儲(chǔ)至access2010數(shù)據(jù)庫中。

綜上所述，本發(fā)明提高了舉高消防車臂架的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢測精確度，提高了消防車臂架工作安全性與可靠性。能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確和可回放的舉高消防車安全檢測系統(tǒng)，為舉高消防車臂架運(yùn)動(dòng)狀態(tài)提供精確、有效以及實(shí)時(shí)地檢測并仿真。