一种基于磁通量测量技术的高精度磁性测量导航传感器

摘要

一种基于磁通量测量技术的高精度磁性测量导航传感器，包括精密磁电转换电感、AD模数转换模块、单片机控制处理模块以及稳压电源，精密磁电转换电感用于采集各路磁场强度信号并转化为电流；AD模数转换模块用于接收精密磁电转换电感测量出的电流并将转化为数字信号；单片机控制处理模块用于读取与磁场强度对应的数字信号；单片机控制处理模块的处理方法包括以下步骤：获取电感的磁场强度数据；计算数据平均值以及标准差；对环境磁场噪声进行噪声消除；将电感数据二值化，获取磁条宽度数据，将每一个电感的权重值累加，权重累加值除以磁条宽度值则得出磁条偏距值，此时精度为0.5mm；使用磁场强度线性数据，将磁条偏距数据精度提高，并归类成1mm的精度。

说明书

技术领域

本发明涉及物流自动化AGV领域，特别涉及一种基于磁通量测量技术的高精度磁性测量导航传感器。

背景技术

市场上，已存在传统的基于开关霍尔技术的测量磁条偏距精度为正负1公分的磁导航传感器和基于线性霍尔技术的测量磁条偏距精度为正负1毫米的磁导航传感器；当时使用上述传感器的物流自主搬运车的行走精度不高、数据反馈及时性不佳、导航的安全性与稳定性较差。

发明内容

发明目的：为了克服背景技术中存在的缺点，本发明实施例提供了一种基于磁通量测量技术的高精度磁性测量导航传感器，能够有效解决上述背景技术中涉及的问题。

技术方案：

一种基于磁通量测量技术的高精度磁性测量导航传感器，包括精密磁电转换电感、AD模数转换模块、单片机控制处理模块以及稳压电源，其中，若干精密磁电转换电感设置为多个，呈一排多列且等距地设置于电路板的下方，用于采集各路磁场强度信号，并分别将磁条的磁场强度转化为电流；

所述AD模数转换模块与所述精密磁电转换电感连接，用于接收所述精密磁电转换电感测量出的电流，并将所述电流转化为数字信号；

所述单片机控制处理模块与所述AD模数转换模块连接，用于读取与磁场强度对应的数字信号，并对所述数字信号进行处理；

其中，所述单片机控制处理模块的处理方法包括以下步骤：

S101：获取每一个电感的磁场强度数据；

S102：计算数据平均值以及标准差；

S103：获取环境磁场噪声，并进行噪声消除；

S104：将滤波后电感数据二值化，获取磁条宽度数据，将每一个电感的权重值累加，权重累加值除以磁条宽度值则得出磁条偏距值，此时精度为0.5mm；

S105：使用磁场强度线性数据，将磁条偏距数据精度提高，并归类成1mm的精度；

S106：计算出离磁条的距离值、磁条的宽度值、正负1mm的磁条中心偏距值、磁条的剩余磁性强度值。

作为本发明的一种优选方式，还包括：

第一获取子模块，用于在获取到所述精密磁电转换电感采集的磁场强度数据后，分别将所述磁场数据保存至Mag数组。

作为本发明的一种优选方式，还包括：

第一计算子模块，用于计算数据平均值以及标准差，先进行平均值初始化与标准差初始化，取得数据的平均值和标准差，获取平均值，所述平均值为磁条的剩余磁性强度；取得数据的平均值和标准差，获取标准差。

作为本发明的一种优选方式，还包括：

第一判断子模块，用于判断所述平均值以及标准差是否均小于预设阈值，若是，则获取当前磁场数据，并将其作为环境磁场。

作为本发明的一种优选方式，还包括：

滤波子模块，用于消除磁场噪声，并将其保存在realmag数组中。

作为本发明的一种优选方式，还包括：

第一检测子模块，用于获取磁条宽度值并根据所述磁条宽度值检测磁条是否具有磁性，若无磁场数据则为0，若有磁场数据则为1。

作为本发明的一种优选方式，还包括：

第二检测子模块，用于获取磁条宽度值并根据所述磁条宽度值判断检测是否破损或磁性衰减。

作为本发明的一种优选方式，还包括：

第二计算子模块，用于将每一个电感的权重值累加，权重累加值除以磁条宽度值则得出磁条偏距值。

作为本发明的一种优选方式，还包括：

第二判断子模块，用于判断0.5mm精度下的磁条偏距值是否为真值。

作为本发明的一种优选方式，还包括：

第三计算子模块，用于将磁条偏距值的精度提高并归类呈1mm的精度，并进一步计算磁条偏距值。

本发明实现以下有益效果：

1、离磁条的距离数据可以用来检测物流自主搬运车行走过程中是否可能会蹭到地面，提高了物流自主搬运车的安全性。

2、磁条的宽度数据可以用来检测磁条线路中是否有某段磁条有破损，或者提前检测磁条线路前方是否有岔道口，方便线路维护管理。

3、正负1mm磁条中心偏距的数据实现了AGV行走导航功能，并提高了其行走精度。

4、磁条的数量配合磁条的宽度数据，可以用来提前检测磁条线路中的岔道口，检测岔道的数量，使AGV更加不容易脱轨。

5、本传感器最终通过串口将磁条数据传输给AGV控制器，大大减少了控制器IO口的占用，节约了控制器硬件资源，降低了调试难度。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并于说明书一起用于解释本公开的原理。

图1为本发明提供的高精度磁性测量导航传感器电路框图。

图2为本发明提供的单片机控制处理模块结构框图。

图3为本发明提供单片机控制处理模块处理方法流程图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中；在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解；然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等；在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制；图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述；附图中所示的结构仅是示例性说明，不是必须包括所有的部件；例如，有的部件还可以拆分，而有的部件可以合并为一个装置示出。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

实施例

如图1所示，本实施例公开的一种基于磁通量测量技术的高精度磁性测量导航传感器，包括精密磁电转换电感110、AD模数转换模块120、单片机控制处理模块130以及稳压电源140，其中，若干精密磁电转换电感设置为多个，呈一排多列且等距地设置于电路板的下方，用于采集各路磁场强度信号，并分别将磁条的磁场强度转化为电流；所述AD模数转换模块与所述精密磁电转换电感连接，用于接收所述精密磁电转换电感测量出的电流，并将所述电流转化为数字信号；所述单片机控制处理模块与所述AD模数转换模块连接，用于读取与磁场强度对应的数字信号，并对所述数字信号进行处理。

如图2所示，所述片机控制处理模块130还包括：

第一获取子模块131，用于在获取到所述精密磁电转换电感采集的磁场强度数据后，分别将所述磁场数据保存至Mag数组。

第一计算子模块132，用于计算数据平均值以及标准差，先进行平均值初始化与标准差初始化，取得数据的平均值和标准差，获取平均值，所述平均值为磁条的剩余磁性强度；取得数据的平均值和标准差，获取标准差。

第一判断子模块133，用于判断所述平均值以及标准差是否均小于预设阈值，若是，则获取当前磁场数据，并将其作为环境磁场。

滤波子模块134，用于消除磁场噪声，并将其保存在realmag数组中。

第一检测子模块135，用于获取磁条宽度值并根据所述磁条宽度值检测磁条是否具有磁性，若无磁场数据则为0，若有磁场数据则为1。

第二检测子模块136，用于获取磁条宽度值并根据所述磁条宽度值判断检测是否破损或磁性衰减。

第二计算子模块137，用于将每一个电感的权重值累加，权重累加值除以磁条宽度值则得出磁条偏距值。

第二判断子模块138，用于判断0.5mm精度下的磁条偏距值是否为真值。

第三计算子模块139，用于将磁条偏距值的精度提高并归类呈1mm的精度，并进一步计算磁条偏距值。

如图3所示，所述单片机控制处理模块的处理方法包括以下步骤：

S101：获取每一个电感的磁场强度数据；

S102：计算数据平均值以及标准差；

S103：获取环境磁场噪声，并进行噪声消除；

S104：将滤波后电感数据二值化，获取磁条宽度数据，将每一个电感的权重值累加，权重累加值除以磁条宽度值则得出磁条偏距值，此时精度为0.5mm；

S105：使用磁场强度线性数据，将磁条偏距数据精度提高，并归类成1mm的精度；

S106：计算出离磁条的距离值、磁条的宽度值、正负1mm的磁条中心偏距值、磁条的剩余磁性强度值。

具体地，单片机控制处理模块读取多路磁场强度相关的数字信号，通过特定的算法来处理，该算法过程如下：

在S101中，获取每一个电感的磁场强度数据。

for(i=0;i<=18;i++){//获取电感x向的磁场数据

send(i-0);

}

for(i=0;i<=18;i++){//电感磁场数据保存至Mag数组

Mag[i]=sensor_read(i-0);

}

在S102中，计算数据平均值和标准差。

AVE=0;//平均值初始化

STD=0;//标准差初始化

for(i=0;i<18;i++)//取得数据的平均值和标准差

{

AVE+=Mag[i]/18;//获取平均值，也代表了磁条的剩余磁性强度

}

for(i=0;i<18;i++)//取得数据的平均值和标准差

{

STD+= (Mag[i]- AVE)* (Mag[i]- AVE)/18; //获取标准差

}

在S103中，获取环境磁场噪声，并进行噪声消除。

if(STD <= STD_threshold&& AVE < AVE_threshold)//平均值和标准差都小于经验阈值

{

for(i=0;i<18;i++)EarthMag[i]=Mag[i];//则取当前磁场数据为环境磁场

}

for(i=0;i<18;i++)RealMag[i]=Mag[i]-EarthMag[i];//将磁场噪声消除，保存在realmag数组中；

在S104中，将滤波后电感数据二值化，获取磁条宽度数据。

for(i=0;i<18;i++)

{

if(RealMag [i]<1)//无磁场数据则为0

A=0;

else //有磁场数据则为1，代表检测到磁条磁性

{

A=1;

n++;//n为磁条宽度值，用来检测磁条是否破损或磁性衰减

}

position1+=dish[i]*A;//将每一个电感的权重值累加

}

if(n>0)position=position1/n;//权重累加值除以磁条宽度则得出磁条偏距，此时精度为0.5mm

其中，磁条的宽度值可以用来检测磁条线路中是否有某段磁条有破损，或者提前检测磁条线路前方是否有岔道口，便于线路维护管理。

在S105中，使用磁场强度线性数据，将磁条偏距数据精度提高，并归类成1mm的精度。

j=(uint8_t)position;

if(position-j==0)//判断0.5mm精度下的偏距值为真值

Pexact=(RealMag[j-1]-RealMag[j+1])/(2*RealMag[j-1]-4*RealMag[j]+2*RealMag[j+1]);

if(position-j!=0) //判断0.5mm精度下的偏距值不为真值，则进一步计算偏距

Pexact=(((RealMag[j-1]-RealMag[j+1])/(2*RealMag[j-1]-4*RealMag[j]+2*RealMag[j+1])-0.5)+ ((RealMag[j]-RealMag[j+2])/(2*RealMag[j]-4*RealMag[j+1]+2*RealMag[j+2])+0.5))/2;

position+=Pexact;

其中，通过正负1mm磁条中心偏距的数可据实现AGV行走导航功能，并能够提高AGV行走精度。

在S106中，计算出离磁条的距离值、磁条的宽度值、正负1mm的磁条中心偏距值、磁条的剩余磁性强度值等数据。

其中，磁条的数量配合磁条的宽度数据，可以用来提前检测磁条线路中的岔道口，检测岔道的数量，使AGV更加不容易脱轨。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的是让熟悉该技术领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此来限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作出的等同变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。