本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種角度檢測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

角度是機(jī)械或人體運(yùn)動(dòng)過程中的一個(gè)重要參數(shù)，通過測(cè)量運(yùn)動(dòng)過程中的角度變化，有助于分析運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。

傳統(tǒng)的測(cè)量角度的裝置通常采用包括基于霍爾效應(yīng)測(cè)試方法、基于電容測(cè)試方法、基于電阻測(cè)試方法、基于機(jī)械片夾角測(cè)試方法等測(cè)試方法，一般只能測(cè)量單一方向的角度，容易受外界加速度和磁場(chǎng)等影響，從而導(dǎo)致角度測(cè)量誤差較大，并且不同地理位置重力場(chǎng)的變化容易導(dǎo)致測(cè)量精度下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對(duì)傳統(tǒng)的測(cè)量角度的裝置測(cè)量精度低的問題，提供一種測(cè)量精度高的角度檢測(cè)裝置。

一種角度檢測(cè)裝置，包括數(shù)據(jù)處理模塊和與所述數(shù)據(jù)處理模塊連接的通信模塊；

所述數(shù)據(jù)處理模塊獲取被測(cè)體運(yùn)動(dòng)之前的初始角度信息，并獲取所述被測(cè)體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的三軸角速度，采用預(yù)設(shè)姿態(tài)矩陣和所述三軸角速度進(jìn)行姿態(tài)解算得到四元數(shù)，根據(jù)所述四元數(shù)獲取歐拉角，并根據(jù)所述歐拉角和所述初始角度信息獲取所述被測(cè)體運(yùn)動(dòng)之后的姿態(tài)角；

所述數(shù)據(jù)處理模塊通過所述通信模塊將所述姿態(tài)角發(fā)送至外部終端。

上述角度檢測(cè)裝置，通過數(shù)據(jù)處理模塊獲取被測(cè)體運(yùn)動(dòng)之前的初始角度信息及由運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的三軸角速度，根據(jù)預(yù)設(shè)姿態(tài)矩陣和三軸角速度進(jìn)行姿態(tài)解算得到四元數(shù)，然后根據(jù)四元數(shù)獲取歐拉角，最終根據(jù)歐拉角和初始角度信息獲取被測(cè)體運(yùn)動(dòng)之后的姿態(tài)角，最后通過通信模塊將姿態(tài)角發(fā)送至外部終端，使得用戶可通過外部終端查看。如此，數(shù)據(jù)處理模塊檢測(cè)得到的姿態(tài)角根據(jù)三軸角速度進(jìn)行處理得到，考慮了多個(gè)方向，測(cè)量精度高。此外，整個(gè)角度檢測(cè)裝置包括相互連接的數(shù)據(jù)處理模塊和通信模塊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

附圖說明

圖1為第一實(shí)施例中角度檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為第二實(shí)施例中角度檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)圖；

圖3為一實(shí)施例中電源管理模塊的電路原理圖；

圖4為第三實(shí)施例中角度檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)圖；

圖5為一實(shí)施例中應(yīng)用環(huán)境示意圖。

具體實(shí)施方式

參考圖1，第一實(shí)施例中的角度檢測(cè)裝置，包括數(shù)據(jù)處理模塊110和與數(shù)據(jù)處理模塊110連接的通信模塊120。

數(shù)據(jù)處理模塊110獲取被測(cè)體運(yùn)動(dòng)之前的初始角度信息，并獲取被測(cè)體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的三軸角速度。

初始角度信息用于指示在此次運(yùn)動(dòng)之前的角度，比如前一次運(yùn)動(dòng)檢測(cè)得到的角度。三軸角速度包括三維坐標(biāo)系中x軸、y軸和z軸三個(gè)方向的角速度。

數(shù)據(jù)處理模塊110采用預(yù)設(shè)姿態(tài)矩陣和三軸角速度進(jìn)行姿態(tài)解算得到四元數(shù)，根據(jù)四元數(shù)獲取歐拉角，并根據(jù)歐拉角和初始角度信息獲取被測(cè)體運(yùn)動(dòng)之后的姿態(tài)角。數(shù)據(jù)處理模塊110通過通信模塊120將姿態(tài)角發(fā)送至外部終端(圖未示)。

預(yù)設(shè)姿態(tài)矩陣可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置并存儲(chǔ)。具體地，可以通過四元數(shù)姿態(tài)解算的方法根據(jù)預(yù)設(shè)姿態(tài)矩陣和三軸角速度進(jìn)行計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的四元數(shù)。具體地，可采用四元數(shù)到歐拉角的轉(zhuǎn)換方法得到歐拉角。歐拉角為此次運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的角度，最終被測(cè)體運(yùn)動(dòng)之后的姿態(tài)角在此次運(yùn)動(dòng)得到的歐拉角的基礎(chǔ)上考慮初始角度信息，比如，在初始角度信息對(duì)應(yīng)的角度上增加歐拉角得到姿態(tài)角。

上述角度檢測(cè)裝置，通過數(shù)據(jù)處理模塊110獲取被測(cè)體運(yùn)動(dòng)之前的初始角度信息及由運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的三軸角速度，根據(jù)預(yù)設(shè)姿態(tài)矩陣和三軸角速度進(jìn)行姿態(tài)解算得到四元數(shù)，然后根據(jù)四元數(shù)獲取歐拉角，最終根據(jù)歐拉角和初始角度信息獲取被測(cè)體運(yùn)動(dòng)之后的姿態(tài)角，最后通過通信模塊120將姿態(tài)角發(fā)送至外部終端，使得用戶可通過外部終端查看。如此，數(shù)據(jù)處理模塊110檢測(cè)得到的姿態(tài)角根據(jù)三軸角速度進(jìn)行處理得到，考慮了多個(gè)方向，測(cè)量精度高。此外，整個(gè)角度檢測(cè)裝置包括相互連接的數(shù)據(jù)處理模塊110和通信模塊120，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

在一實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理模塊110獲取被測(cè)體運(yùn)動(dòng)之前的初始角度信息，并獲取被測(cè)體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的三軸角速度，具體為：數(shù)據(jù)處理模塊110獲取被測(cè)體運(yùn)動(dòng)之前的初始角度信息，采集被測(cè)體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的初始三軸角速度，對(duì)始三軸角速度進(jìn)行濾波處理，得到三軸角速度。

通過對(duì)采集的初始三軸角速度進(jìn)行濾波處理，使得到的三軸角速度更準(zhǔn)確，從而可提高角度檢測(cè)的精度。

具體地，可以是按照預(yù)設(shè)周期間隔采集初始三軸角速度，比如每隔10ms(毫秒)采集一次，最終可采用采集的多個(gè)初始三軸角速度的平均值?？梢岳斫?，在其他實(shí)施例中，預(yù)設(shè)周期也可以是根據(jù)需要設(shè)置為其他數(shù)值。

具體地，數(shù)據(jù)處理模塊110可采用自適應(yīng)卡爾曼濾波算法對(duì)初始三軸角速度進(jìn)行濾波處理，得到三軸角速度。自適應(yīng)卡爾曼濾波算法可以自適應(yīng)調(diào)整噪聲的統(tǒng)計(jì)特性(如標(biāo)準(zhǔn)差和方差)，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)估計(jì)、抑制噪聲干擾，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的濾波。

在一實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理模塊110還用于采集環(huán)境溫度；對(duì)應(yīng)地，數(shù)據(jù)處理模塊110根據(jù)環(huán)境溫度對(duì)三軸角速度進(jìn)行溫度補(bǔ)償，得到溫度補(bǔ)償后的三軸角速度，采用預(yù)設(shè)姿態(tài)矩陣和溫度補(bǔ)償后的三軸角速度進(jìn)行姿態(tài)解算得到四元數(shù)。

通過在采集環(huán)境溫度，并根據(jù)環(huán)境溫度對(duì)三軸角速度進(jìn)行溫度補(bǔ)償，可在一定范圍內(nèi)消除溫度變化對(duì)角度檢測(cè)的影響，提高三軸角速度的準(zhǔn)確性，從而提高角度檢測(cè)的精度。

具體地，數(shù)據(jù)處理模塊110可采用多項(xiàng)式擬合算法或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償算法實(shí)現(xiàn)根據(jù)環(huán)境溫度對(duì)三軸角速度進(jìn)行溫度補(bǔ)償。可以理解，在其他實(shí)施例中還可以采用其他方式進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

具體地，數(shù)據(jù)處理模塊110還用于將采集的環(huán)境溫度發(fā)送至通信模塊120，通信模塊120將環(huán)境溫度發(fā)送至外部終端。如此可提高外部終端中獲取數(shù)據(jù)的多樣性和完整性。

在一實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理模塊110采用預(yù)設(shè)姿態(tài)矩陣和溫度補(bǔ)償后的三軸角速度進(jìn)行姿態(tài)解算得到四元數(shù)，包括：獲取運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)，根據(jù)溫度補(bǔ)償后的三軸角速度分別獲取運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)所包含的多個(gè)時(shí)段的角增量；根據(jù)各時(shí)段的角增量獲取運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的圓錐補(bǔ)償后的等效旋轉(zhuǎn)矢量；根據(jù)預(yù)設(shè)姿態(tài)矩陣和等效旋轉(zhuǎn)矢量獲取四元數(shù)。

運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)指從開始運(yùn)動(dòng)到運(yùn)動(dòng)結(jié)束所耗費(fèi)的時(shí)間。運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)可劃分為多個(gè)連續(xù)的時(shí)段，根據(jù)溫度補(bǔ)償后的三軸角速度可獲取各時(shí)段的角增量。具體地，可采用圓錐補(bǔ)償方法獲取等效旋轉(zhuǎn)矢量。通過采用圓錐補(bǔ)償?shù)姆绞?，可提高獲取四元數(shù)的準(zhǔn)確性，從而進(jìn)一步提高角度檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

具體地，預(yù)設(shè)姿態(tài)矩陣為初始四元數(shù)對(duì)應(yīng)的四個(gè)參數(shù)構(gòu)成的矩陣。比如，假設(shè)四元數(shù)的表示形式為q＝q0+q1i+q2j+q3k，其中q0為實(shí)數(shù)坐標(biāo)，q1、q2、q3為虛數(shù)坐標(biāo)，i,j,k分別為虛數(shù)單位，i*i＝j(luò)*j＝k*k＝-1；初始四元數(shù)為q(t0)＝q0(t0)+q1(t0)i+q2(t0)j+q3(t0)k，則預(yù)設(shè)姿態(tài)矩陣為q0，q1，q2，q3構(gòu)成的矩陣。

具體地，本實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)可劃分為3個(gè)時(shí)段，數(shù)據(jù)處理模塊110采用如下公式計(jì)算得到四元數(shù)：

q(tn)＝q0(tn)+q1(tn)i+q2(tn)j+q3(tn)k(4)；

其中，ω為溫度補(bǔ)償后的三軸角速度，h為運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)，h＝tn+1-tn；δφ1為第一個(gè)時(shí)段的角增量，δφ2為第二個(gè)時(shí)段的角增量，δφ3為第三個(gè)時(shí)段的角增量；φh為圓錐補(bǔ)償后的等效旋轉(zhuǎn)矢量；q(h)為[tn,tn+1]時(shí)間段內(nèi)的姿態(tài)變化四元數(shù)；q(tn+1)和q(tn)分別為tn+1和tn時(shí)刻的姿態(tài)四元數(shù)；u為與φh平行的單位矢量。根據(jù)公式(3)求得q(h)后，將q(h)代入公式(5)，聯(lián)立公式(4)和(5)并結(jié)合預(yù)設(shè)姿態(tài)矩陣進(jìn)行迭代運(yùn)算即可求得q(tn)，即可求得對(duì)應(yīng)的q0(tn)、q1(tn)、q2(tn)、q3(tn)。

其中，如果采用傳統(tǒng)的畢卡算法求解四元數(shù)，則有：

φh＝δφ(7)；

其中，δφ為運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)內(nèi)的角增量。

由于畢卡算法為單子樣算法，即把[tn，tn+1]時(shí)間段內(nèi)的ω看作不變的常數(shù)，這樣會(huì)引起積分誤差。為了補(bǔ)償積分誤差，需要采用多子樣算法?？紤]到雖然多子樣可以提高計(jì)算精度，但是會(huì)極大增加計(jì)算量，因此本實(shí)施例中采用三子樣算法，即在[tn，tn+1]時(shí)間段內(nèi)的ω看作變量，用拋物線來擬合角速度。對(duì)于捷聯(lián)慣導(dǎo)姿態(tài)更新來說，圓錐運(yùn)動(dòng)是最惡劣的工作條件，它會(huì)誘發(fā)數(shù)學(xué)平臺(tái)的嚴(yán)重漂移，所以對(duì)旋轉(zhuǎn)矢量算法作優(yōu)化處理應(yīng)以圓錐運(yùn)動(dòng)為環(huán)境條件。因此，本申請(qǐng)中，選取三子樣算法計(jì)算三個(gè)時(shí)段的角增量，即公式(1)代替公式(6)，采用圓錐補(bǔ)償?shù)乃惴ㄓ?jì)算等效旋轉(zhuǎn)矢量，即公式(2)代替公式(7)。如此，可在計(jì)算量較小的同時(shí)提高計(jì)算精度。

在一實(shí)施例中，四元數(shù)對(duì)應(yīng)第一參數(shù)、第二參數(shù)、第三參數(shù)和第四參數(shù)，歐拉角包括航向角、橫滾角和俯仰角。即，一個(gè)四元數(shù)對(duì)應(yīng)有一個(gè)第一參數(shù)、一個(gè)第二參數(shù)、一個(gè)第三參數(shù)和一個(gè)第四參數(shù)。數(shù)據(jù)處理模塊110采用如下公式計(jì)算得到歐拉角：

β(tn)＝-arcsin(2q1(tn)q3(tn)-2q0(tn)q2(tn))；

其中，q0(tn)、q1(tn)、q2(tn)、q3(tn)分別為第一參數(shù)、第二參數(shù)、第三參數(shù)和第四參數(shù)，α(tn)為俯仰角，β(tn)為橫滾角，γ(tn)為航向角。

一具體應(yīng)用例中，步驟s150得到的四元數(shù)對(duì)應(yīng)的q0(tn)、q1(tn)、q2(tn)、q3(tn)分別為8765、-4143、13192、642，則計(jì)算得到的航向角γ(tn)、橫滾角β(tn)和俯仰角α(tn)分別為351.625°、-61.75°、153.9375°。

在一實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理模塊110還用于獲取被測(cè)體的三軸磁場(chǎng)強(qiáng)度及運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的三軸加速度。具體地，數(shù)據(jù)處理模塊110在根據(jù)歐拉角和初始角度信息獲取被測(cè)體運(yùn)動(dòng)之后的姿態(tài)角之前，獲取被測(cè)體的三軸磁場(chǎng)強(qiáng)度及運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的三軸加速度，具體可在獲取被測(cè)體的三軸角速度的同時(shí)獲取三軸磁場(chǎng)強(qiáng)度和三軸加速度。

對(duì)應(yīng)地，數(shù)據(jù)處理模塊110根據(jù)三軸加速度和三軸磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)歐拉角進(jìn)行校準(zhǔn)，根據(jù)校準(zhǔn)后的歐拉角與初始角度信息獲取被測(cè)體運(yùn)動(dòng)之后的姿態(tài)角。

初始角度信息可以為前一次運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的歐拉角，則此次運(yùn)動(dòng)后，計(jì)算校準(zhǔn)后的歐拉角與初始角度信息對(duì)應(yīng)的歐拉角的矢量和即可得到被測(cè)體此次運(yùn)動(dòng)之后的姿態(tài)角。進(jìn)一步地，可根據(jù)三軸加速度、三軸磁場(chǎng)強(qiáng)度和歐拉角采用卡爾曼濾波算法進(jìn)行校準(zhǔn)得到校準(zhǔn)后的姿態(tài)角。

通過根據(jù)三軸角速度和三軸磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)歐拉角進(jìn)行校準(zhǔn)，將所在地理位置的重力場(chǎng)和磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)過程角度的影響考慮在內(nèi)，可補(bǔ)償因重力場(chǎng)和磁場(chǎng)產(chǎn)生的誤差，提高歐拉角的檢測(cè)精度。

在一實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理模塊110獲取被測(cè)體的三軸磁場(chǎng)強(qiáng)度及運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的三軸加速度后，還對(duì)三軸加速度和三軸磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行濾波處理，得到濾波后的三軸加速度和三軸磁場(chǎng)強(qiáng)度，以及根據(jù)采集的環(huán)境溫度對(duì)濾波后的三軸加速度和三軸磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行溫度補(bǔ)償；對(duì)應(yīng)地，數(shù)據(jù)處理模塊110根據(jù)溫度補(bǔ)償后的三軸加速度和溫度補(bǔ)償后的三軸磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)歐拉角進(jìn)行校準(zhǔn)。

通過先對(duì)三軸磁場(chǎng)強(qiáng)度和三軸加速度進(jìn)行濾波和溫度補(bǔ)償處理，使得到的三軸磁場(chǎng)強(qiáng)度和三軸加速度更準(zhǔn)確，從而對(duì)歐拉角的校準(zhǔn)更準(zhǔn)確，可進(jìn)一步提高角度檢測(cè)的準(zhǔn)確性。具體地，三軸加速度和三軸磁場(chǎng)強(qiáng)度的濾波和溫度補(bǔ)償處理可與三軸角速度的濾波和溫度補(bǔ)償處理同時(shí)執(zhí)行。

在一實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理模塊110還可以將三軸加速度、三軸角速度和三軸磁場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)送至通信模塊120，通信模塊120將三軸加速度、三軸角速度和三軸磁場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)送至外部終端。通過將數(shù)據(jù)處理模塊110在角度檢測(cè)過程中獲取的數(shù)據(jù)也通過通信模塊120發(fā)送至外部終端，可進(jìn)一步提高外部終端中獲取數(shù)據(jù)的多樣性和完整性。

參考圖2，第二實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理模塊110包括三軸加速度計(jì)111、三軸陀螺儀112、三軸磁力計(jì)113、溫度傳感器114和處理器115，處理器115連接三軸加速度計(jì)111、三軸陀螺儀112、三軸磁力計(jì)113、溫度傳感器114和通信模塊120。

三軸加速度計(jì)111用于采集運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的初始三軸加速度；三軸陀螺儀112用于采集運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的初始三軸角速度；三軸磁力計(jì)113用于采集運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的初始三軸磁場(chǎng)強(qiáng)度；溫度傳感器114用于采集環(huán)境溫度。處理器115用于獲取初始角度信息、根據(jù)初始三軸加速度、初始三軸角速度和初始三軸磁場(chǎng)強(qiáng)度分別獲取過濾后的三軸加速度、三軸角速度和三軸磁場(chǎng)強(qiáng)度，根據(jù)環(huán)境溫度對(duì)三軸角速度、三軸加速度和三軸磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行溫度補(bǔ)償，并用于采用預(yù)設(shè)姿態(tài)矩陣和溫度補(bǔ)償后的三軸角速度進(jìn)行姿態(tài)解算得到四元數(shù)，根據(jù)四元數(shù)獲取歐拉角，根據(jù)溫度補(bǔ)償后的三軸加速度和三軸磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)歐拉角進(jìn)行校準(zhǔn)，根據(jù)校準(zhǔn)后的歐拉角與初始角度信息獲取被測(cè)體運(yùn)動(dòng)之后的姿態(tài)角并發(fā)送至通信模塊120。

通過采用三軸加速度計(jì)111、三軸陀螺儀112、三軸磁力計(jì)113、溫度傳感器114分別采集需要的數(shù)據(jù)，由處理器115統(tǒng)一根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到姿態(tài)角，功能分工明確，處理速度快。

具體地，本實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理模塊110為imu(慣性測(cè)量單元)芯片。

imu芯片由三軸加速度計(jì)、三軸陀螺儀、三軸磁力計(jì)、溫度傳感器和處理器集成封裝在一起得到的器件，體積小且重量輕。通過采用imu芯片的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)初始三軸加速度、初始三軸角速度和初始三軸磁場(chǎng)強(qiáng)度三種數(shù)據(jù)的采集，可減小整個(gè)角度檢測(cè)裝置的體積并減輕重量，使得角度檢測(cè)裝置更便攜。本實(shí)施例中，imu芯片可采用bno055。

具體地，通信模塊120包括藍(lán)牙芯片。藍(lán)牙芯片相比于其他類型的通信模塊，功耗更低，因此可以降低角度檢測(cè)裝置的整體功耗。

藍(lán)牙芯片與外部終端采用藍(lán)牙協(xié)議進(jìn)行通信，通信距離大約為10米。具體地，本實(shí)施例中，藍(lán)牙芯片采用cc2540芯片。cc2540芯片包含8051內(nèi)核，在具備藍(lán)牙通信功能的同時(shí)，還用作8051單片機(jī)，用于讀取imu芯片的信息，比如姿態(tài)角；藍(lán)牙芯片與imu芯片之間采用uart(universalasynchronousreceiver/transmitter通用異步收發(fā)傳輸器)、spi(serialperipheralinterface串行外設(shè)接口)或iic(inter-integratedcircuit集成電路總線)通信協(xié)議；藍(lán)牙芯片的電路板中帶有板載倒f型天線，信號(hào)發(fā)射功率低，藍(lán)牙芯片的工作頻率為2.4g赫茲。

在一實(shí)施例中，繼續(xù)參考圖2，上述角度檢測(cè)裝置還包括可充電電池130和電源管理模塊140，電源管理模塊140連接通信模塊120、數(shù)據(jù)處理模塊110和可充電電池130。

電源管理模塊140在接收到開機(jī)信號(hào)時(shí)，根據(jù)可充電電池的輸出電壓輸出供電電壓至通信模塊120和數(shù)據(jù)處理模塊110，在接收到關(guān)機(jī)信號(hào)時(shí)，停止輸出供電電壓至通信模塊120和數(shù)據(jù)處理模塊110。

通過采用電源管理模塊140在接收開機(jī)信號(hào)/關(guān)機(jī)信號(hào)時(shí)，根據(jù)可充電電池130的輸出電壓輸出/不輸出供電電壓至通信模120和數(shù)據(jù)處理模塊110，從而可方便地控制數(shù)據(jù)處理模塊110和通信模塊120的開關(guān)機(jī)。

具體地，可充電電池130可采用內(nèi)帶充電保護(hù)電路的聚合物鋰電池，供電穩(wěn)定性好。為了節(jié)省角度檢測(cè)裝置的面積，聚合物鋰電池選擇較小容量，比如90mah。如每次運(yùn)動(dòng)時(shí)間約為30分鐘，則該容量為90mah的聚合物鋰電池可連續(xù)運(yùn)行6個(gè)小時(shí)，每個(gè)放電周期可測(cè)試約12次。

參考圖3，在一實(shí)施例中，電源管理模塊140包括第一電阻r0、第二電阻r1、第三電阻r3、第四電阻r4、第五電阻r5、開關(guān)sw、dc_dc芯片u1，dc_dc芯片u1設(shè)有輸入端、輸出端和使能端，數(shù)據(jù)處理模塊110設(shè)有電源端，通信模塊120設(shè)有電源端vcc、電平輸出端gpio1、第一電壓檢測(cè)端adc1和第二電壓檢測(cè)端adc2。

第一電阻r0和第二電阻r1串聯(lián)，且公共端連接通信模塊120的第一電壓檢測(cè)端adc1，第一電阻r0的另一端連接可充電電池130，第二電阻r1另一端接地。開關(guān)sw一端連接可充電電池130，另一端連接第三電阻r3一端，第三電阻r3另一端通過第四電阻r4接地，且公共端連接通信模塊120的第二電壓檢測(cè)端adc2。dc_dc芯片u1的輸入端連接可充電電池130，dc_dc芯片u1的輸出端連接通信模塊120的電源端vcc和數(shù)據(jù)處理模塊110的電源端，dc_dc芯片u1的使能端連接第三電阻r3和第四電阻r4的公共端，且通過第五電阻r5連接通信模塊120的電平輸出端gpio1。

可充電電池130的輸出電壓通過dc_dc芯片u1穩(wěn)壓供電電壓給數(shù)據(jù)處理模塊110和通信模塊120供電。dc_dc芯片u1相比于其他類型的電源芯片，功耗低。具體地，dc_dc芯片u1可選用tps62743。

以藍(lán)牙芯片和imu芯片為例，由于藍(lán)牙芯片和imu芯片的正常工作電壓范圍為2.3v～3.3v，因此可充電電池130的輸出電壓vin范圍應(yīng)為2.5v～4.2v，最大電壓為4.2v。第一電阻r0和第二電阻r1用于分壓，令第一電阻r0的阻值等于第二電阻r1的阻值，則第一電壓檢測(cè)端adc1的輸入電壓為可充電電池130的輸出電壓的一半，即范圍為1.25v～2.1v，第一電壓檢測(cè)端adc1的最大輸入電壓小于預(yù)設(shè)基準(zhǔn)電壓2.5v，滿足測(cè)量要求。藍(lán)牙芯片控制檢測(cè)電量的工作過程如下：

當(dāng)?shù)谝浑妷簷z測(cè)端adc1的輸入電壓為2.1v時(shí)，藍(lán)牙芯片檢測(cè)到滿電狀態(tài)并顯示，還可輸出滿電狀態(tài)信息至外部終端進(jìn)行顯示；當(dāng)?shù)谝浑妷簷z測(cè)端adc1的輸入電壓小于1.25v時(shí)，藍(lán)牙芯片檢測(cè)到?jīng)]電狀態(tài)并顯示，并關(guān)閉藍(lán)牙芯片的imu測(cè)試和無線收發(fā)功能，還可輸出沒電狀態(tài)信息至外部終端提示用戶充電。當(dāng)?shù)谝浑妷簷z測(cè)端adc1的輸出電壓在1.25v和2.1v之間，則藍(lán)牙芯片可顯示電量比例為(vadc-1.25)/(2.1-1.25)，其中vadc為第一電壓檢測(cè)端adc1的輸入電壓。藍(lán)牙芯片還可將檢測(cè)的電量比例通過藍(lán)牙協(xié)議發(fā)送到外部終端中進(jìn)行顯示。這樣，以簡(jiǎn)單的電路即可實(shí)現(xiàn)可充電電池130的電量管理和控制。

本實(shí)施例中，開關(guān)sw為復(fù)位按鈕，參考圖3，電源管理模塊140的開關(guān)機(jī)控制工作過程如下：

令第四電阻r4的阻值與第五電阻r5的阻值相等，第三電阻r3的阻值為0ω。當(dāng)dc_dc芯片u1斷電時(shí)，數(shù)據(jù)處理模塊110和通信模塊120為關(guān)機(jī)狀態(tài)，按下按鍵sw，這時(shí)en節(jié)點(diǎn)電壓為第三電阻r3與第四電阻r4公共端處的電壓vin，這時(shí)dc_dc芯片u1使能，dc_dc芯片u1的輸出端輸出供電電壓為2.5v，數(shù)據(jù)處理模塊110和通信模塊120開始工作。

當(dāng)藍(lán)牙芯片開始工作時(shí)，藍(lán)牙芯片的電平輸出端gpio1使能輸出高電平，電壓為vc。當(dāng)開關(guān)sw仍舊閉合時(shí)，en節(jié)點(diǎn)電壓ven1＝vin，大于初次使能閥值2.2v。當(dāng)開關(guān)sw斷開時(shí)，可計(jì)算得到en節(jié)點(diǎn)電壓ven2＝vc/2，大于0.8v(預(yù)設(shè)最低限定值)。藍(lán)牙芯片開始工作下，開關(guān)sw斷開和閉合的兩種情況下en節(jié)點(diǎn)電壓均達(dá)到預(yù)設(shè)最低限定值，即dc_dc芯片u1能一直穩(wěn)定工作。(dc_dc芯片u1初次導(dǎo)通時(shí)en節(jié)點(diǎn)電壓要到達(dá)2.2v，導(dǎo)通后en節(jié)點(diǎn)電壓在0.8～vin均能穩(wěn)定輸出2.5v)。

當(dāng)電路正常工作、開關(guān)sw斷開時(shí)，第二電壓檢測(cè)端adc2檢測(cè)到的電壓ven2＝vc/2，由ven1到ven2電壓急速減低的過程(瞬時(shí)電壓差大于0.5v)，證明開關(guān)sw已經(jīng)斷開，此時(shí)藍(lán)牙芯片記錄此時(shí)是開機(jī)的狀態(tài)。

當(dāng)電路正常工作、開關(guān)sw被再次按下閉合時(shí)，en節(jié)點(diǎn)電壓升高為ven1＝vin。由于vin>vc/2，第二電壓檢測(cè)端adc2檢測(cè)到由ven2到ven1電壓急速升高的過程(瞬時(shí)電壓差大于0.5v)，此時(shí)藍(lán)牙芯片控制電平輸出端gpio1輸出低電平，即輸出的電壓等于0，使dc_dc芯片u1的使能端電壓低于預(yù)設(shè)最低限定值，dc_dc芯片u1停止輸出供電電壓，電源關(guān)閉，藍(lán)牙芯片和imu芯片停止工作。具體地，為了防止誤關(guān)機(jī)，藍(lán)牙芯片采取延時(shí)判斷，當(dāng)開關(guān)sw按下時(shí)間大于3s，也就是說第二電壓的檢測(cè)端adc2檢測(cè)到的電壓大于vc/2的時(shí)間大于3s，則開始關(guān)閉電源。關(guān)閉電源之前先通過軟件關(guān)閉imu芯片，然后設(shè)置gpio1輸出低電平，這時(shí)用戶松開開關(guān)sw、開關(guān)sw斷開時(shí)，en節(jié)點(diǎn)電壓為ven3＝0，使dc_dc芯片u1不工作。

通過以上簡(jiǎn)單的方法即可實(shí)現(xiàn)角度檢測(cè)裝置的開機(jī)和關(guān)機(jī)。

參考圖3，電源管理模塊140還可以包括充電芯片u2、發(fā)光二極管led、保護(hù)二極管d1和第六電阻r2，充電芯片u2包括第一端、第二端、第三端和第四端。

充電芯片u2的第一端連接電源接入端的第一端，充電芯片u2的第二端連接保護(hù)二極管d1的陽極，保護(hù)二極管d1的陰極連接電源接入端的第二端且公共端接地，充電芯片u2的第三端連接第六電阻r2一端和可充電電池130，第六電阻r2另一端連接發(fā)光二極管led的陽極，發(fā)光二極管led的陰極連接充電芯片u2的第四端。

充電芯片u2用于給可充電電池130充電。本實(shí)施例中，電源接入端為usb，輸出5v電壓供電，通過充電芯片u2輸出穩(wěn)壓到4.2v給可充電電池130充電。在充電的時(shí)候發(fā)光二極管led亮起，充滿電后發(fā)光二極管led熄滅。第六電阻r2用于調(diào)節(jié)發(fā)光二極管led的亮度。保護(hù)二極管d1起到保護(hù)作用，防止電源反接。通過采用充電芯片u2、發(fā)光二極管led、保護(hù)二極管d1和第六電阻r2組成的上述結(jié)構(gòu)給可充電電池130充電，可指示滿電，使用便利，且安全性強(qiáng)。具體地，充電芯片u2可選用bq21040。

參考圖4，第三實(shí)施例中，上述角度檢測(cè)裝置還包括移動(dòng)終端150和服務(wù)器160，移動(dòng)終端150分別與通信模塊120和服務(wù)器160通信連接，通信模塊120根據(jù)姿態(tài)角生成數(shù)據(jù)包并發(fā)送至移動(dòng)終端150，移動(dòng)終端150根據(jù)數(shù)據(jù)包發(fā)送檢測(cè)信息至服務(wù)器160。

通過根據(jù)姿態(tài)角生成數(shù)據(jù)包發(fā)送至移動(dòng)終端150，便于用戶通過移動(dòng)終端150進(jìn)行查看和分析；同時(shí)通過移動(dòng)終端150生成檢測(cè)信息至服務(wù)器160，可將檢測(cè)信息遠(yuǎn)程傳輸保存到服務(wù)器160中，便于遠(yuǎn)程查看，方便快捷。可以理解，在其他實(shí)施例中，數(shù)據(jù)包還可以是根據(jù)三軸加速度、三軸角速度、三軸磁場(chǎng)強(qiáng)度、環(huán)境溫度和姿態(tài)角生成，如此，移動(dòng)終端150可通過通信模塊140獲取多種檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)，便于用戶查看較多種類的信息。

具體地，移動(dòng)終端150可解析數(shù)據(jù)包得到姿態(tài)角。移動(dòng)終端150可直接將姿態(tài)角作為檢測(cè)信息發(fā)送至服務(wù)器160，也可以根據(jù)姿態(tài)角進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后生成檢測(cè)信息，比如，移動(dòng)終端150比較姿態(tài)角與預(yù)設(shè)角度的大小，若姿態(tài)角大于預(yù)設(shè)角，則生成運(yùn)動(dòng)尺度過大的檢測(cè)信息，若姿態(tài)角小于預(yù)設(shè)角且姿態(tài)角與預(yù)設(shè)角的差值的絕對(duì)值大于預(yù)設(shè)差值，則生成運(yùn)動(dòng)尺度過小的檢測(cè)信息。

本實(shí)施例中，移動(dòng)終端150為手機(jī)。采用日常常用的手機(jī)接收數(shù)據(jù)包，便利性高?？梢岳斫?，在其他實(shí)施例中，移動(dòng)終端150還可以為其他，比如平板。

在一實(shí)施例中，數(shù)據(jù)包攜帶有姿態(tài)角和校驗(yàn)碼，移動(dòng)終端150接收數(shù)據(jù)包后校驗(yàn)接收的數(shù)據(jù)包內(nèi)的校驗(yàn)碼與預(yù)設(shè)校驗(yàn)碼是否一致，若一致則存儲(chǔ)所數(shù)據(jù)包內(nèi)的姿態(tài)角，否則丟棄數(shù)據(jù)包。通過在數(shù)據(jù)包中設(shè)置校驗(yàn)碼，以便移動(dòng)終端150識(shí)別有效的數(shù)據(jù)包和無效的數(shù)據(jù)包，避免移動(dòng)終端150進(jìn)行無效數(shù)據(jù)分析，降低傳輸信道的耦合干擾，可提高數(shù)據(jù)處理效率。

具體地，數(shù)據(jù)包采用16進(jìn)制發(fā)送，格式為“bb+字節(jié)個(gè)數(shù)n+n個(gè)字節(jié)+ee+16位crc校驗(yàn)碼”。n一般等于28，用于輸出三軸加速度、三軸角速度、三軸磁場(chǎng)強(qiáng)度、三軸的姿態(tài)角、環(huán)境溫度以及電量比例，一共14個(gè)信息，每個(gè)信息用雙字節(jié)表示，先發(fā)高位再發(fā)低位，則一共28個(gè)字節(jié)。校驗(yàn)碼采用16位雙字節(jié)的crc(cyclicredundancycheck循環(huán)冗余檢查)校驗(yàn)碼，先發(fā)高位再發(fā)低位。

上述角度檢測(cè)裝置，可以應(yīng)用于機(jī)械運(yùn)動(dòng)的角度檢測(cè)，也可以應(yīng)用于人體關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的角度檢測(cè)。例如，康復(fù)運(yùn)動(dòng)對(duì)于患者的修復(fù)治療具有非常重要的作用，多數(shù)醫(yī)生都要求患者在骨骼手術(shù)后進(jìn)行一定強(qiáng)度的康復(fù)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練。肢體運(yùn)動(dòng)的加速度、角速度和角度除了反映動(dòng)作是否標(biāo)準(zhǔn)到位，還可間接反映患者的康復(fù)進(jìn)展，因此非常重要。康復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的加速度、角速度和角度還可用于間接表征人體關(guān)節(jié)是否存在韌帶斷裂、肌肉拉傷、脫臼、勞損等問題。傳統(tǒng)的機(jī)械醫(yī)療器材體積大、重量大、功耗大，重要的是傳統(tǒng)的機(jī)械醫(yī)療器材檢測(cè)角度的精度低。

上述角度檢測(cè)裝置可測(cè)量姿態(tài)角、三軸加速度、三軸角速度、三軸磁場(chǎng)強(qiáng)度、環(huán)境溫度的多個(gè)數(shù)據(jù)，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可作為便攜式的康復(fù)運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品，檢測(cè)患者關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的姿態(tài)角，檢測(cè)精度高；同時(shí)還把檢測(cè)的數(shù)據(jù)上傳至移動(dòng)終端150，移動(dòng)終端150發(fā)送檢測(cè)信息至服務(wù)器，醫(yī)生可通過遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)觀測(cè)患者的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并制定相應(yīng)的康復(fù)運(yùn)動(dòng)方案。如圖5所示，為一應(yīng)用環(huán)境示意圖。如此，運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的檢測(cè)精度高，且方便患者康復(fù)訓(xùn)練和醫(yī)生實(shí)時(shí)監(jiān)控。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡(jiǎn)潔，未對(duì)上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。