阅读说明：本技术 一种基于物体运动加速的变色显示装置 (Color-changing display device based on object motion acceleration ) 是由 张火明 丁正旺 陆萍蓝 于 2020-05-12 设计创作，主要内容包括：本发明装置是一种根据物体的加速度来显示其运动姿态的变色显示装置,属于检测技术领域。其结构主要由单片机控制模块(1),姿态检测传感器模块(2),液晶显示模块(3),几何载体包含了发光二极管和传感(4),电源模块(5)组成。所述装置的设计是基于单片机为控制核心,通过传感器对物体运动姿态进行检查,得到其加速度等姿态信息,经处理后将数据传送给单片机。单片机系统处理后,控制二极管显示出传感器的载体运动加速度大小、方向相关的不同颜色。同时在显示屏上实时显示出加速度大小等信息。通过显示屏可以显示出各种字体的文字或单色图像。单片机通过控制74HC573芯片行列扫描,能够在屏幕上显示图像、文字。这就是该装置的实用意义。(The invention discloses a color-changing display device for displaying a motion posture of an object according to the acceleration of the object, and belongs to the technical field of detection. The structure of the device mainly comprises a single chip microcomputer control module (1), an attitude detection sensor module (2), a liquid crystal display module (3), a geometric carrier, a light emitting diode, a sensor (4) and a power module (5). The device is designed based on a single chip microcomputer as a control core, the motion attitude of an object is checked through a sensor to obtain attitude information such as acceleration and the like of the object, and the data is transmitted to the single chip microcomputer after being processed. After the single chip system processes, the control diode displays different colors related to the motion acceleration and the direction of the carrier of the sensor. And simultaneously displaying information such as acceleration magnitude on a display screen in real time. Characters with various fonts or monochrome images can be displayed through the display screen. The singlechip can display images and characters on a screen by controlling the 74HC573 chip to scan in rows and columns. This is the practical significance of the device.)

一种基于物体运动加速的变色显示装置

技术领域

本发明装置是一种根据物体的加速度来显示其运动姿态的变色显示装置，具体是一种利用多轴传感器采集运动姿态信息，与单片机控制进行串口通信以及数据处理来实时显示，并且可以通过RGB发光二极管的颜色变化来展现出物体的运动方向的显示装置。属于检测技术领域。

背景技术

随着科技的不断发展，对于运动控制的精度要求也在不断提高，运动的控制主要是通过物体姿态检测获取姿态信息，物体的姿态检测也成为获取姿态信息以及实现精确运动控制的前提条件。加速度姿态变色显示装置的设计是基于MPU9250多轴姿态传感器模块和单片机，用于物体运动的加速度和速度的显示一个变色显示装置。

机械陀螺仪、光纤陀螺仪等高精度惯性导航传感器价格昂贵、体积庞大。因此，在大多数应用中，使用MEMS技术制造的陀螺仪、加速度计、电子罗盘等传感器进行姿态检测。但是，单传感器的姿态检测容易受到惯性器件漂移和累积误差的影响，导致测量精度下降。此外，如果采用独立加速度计、陀螺仪等多传感器进行姿态检测，存在着多芯片占用空间大、姿态数据轴间误差大、数据融合精度低等缺点。因此，采用多传感器姿态检测和数据融合算法来提高姿态检测的精度成为研究热点。因此，本装置基于9轴姿态检测传感器MPU9250，设计了以单片机开发板为处理核心的姿态检测系统，物体的运动是由陀螺仪角速度测量,然后计算的角度，利用加速度计和电子罗盘分别对加速度、地磁场进行测量，测量这两个无关的三维矢量来校准陀螺仪测量解算的值。

发明内容

本装置意在当需要对物体运动姿态检测时，可用该装置进行大致的运动姿态检测来获取物体运动信息。所述装置的设计是基于单片机系统为核心的控制平台，通过多轴姿态传感器模块对物体运动姿态进行检查，得到其加速度以及偏向角、俯仰角、翻滚角等姿态信多轴姿态传感器数据采集后采用卡尔曼滤波先对数据进行整合，经处理后将数据传送给单片机控制中心。控制中心对姿态信息进行采集处理后，控制 RGB发光二极管显示出装有多轴姿态传感器的几何载体的运动加速度大小、方向相关的不同颜色显示。同时也可在液晶显示屏上实时显示出传感器加速度大小以及姿态信息。通过显示屏可以显示出各种字体的文字或单色图像。单片机通过控制74HC573芯片行列扫描，能够在液晶显示屏上显示图像、文字。这就是该装置的实用意义。

本发明采用的单片机是STM32系列，为使其能够稳步运行，利用miniUSB口供电。为达到显示效果，与之连接的是液晶显示屏来显示采集处理的各种数据信息，能够直观反映所需要的内容。

本发明采用的传感器为9轴姿态检测传感器MPU9250，是全球第一个把9轴集成于一体的数字传感器。与之前的传感器相比较，很大程度上缩小了传感器的体积，且降低了系统的功耗，最重要的是解决了多个传感器组合使用的轴间差问题。

本发明采用的显示灯为RGB二极管，采用多个二极管置于不同的方向，向不同方向运动时，该方向的二极管灯亮，并且根据计算处理得到的加速度大小显示不同的颜色。

本发明为了能更加直观的显示出运动方向，外加一个几何载体模型，将二极管放置在几何体模型的各个面上，将多轴姿态传感器放置于几何载体内部，当装置朝着某个方向运动时，该几何面上的发光二极管就会根据其运动状态来显示对应的颜色。

该装置整体结构比较简洁，传感器置于几何体内的水平平台上，二极管嵌入在几何载体表面来显示颜色变化。传感器与单片机控制模块连接是连接的通讯接口使用的是I2C接口，由于I2C是串行通信接口，需要一位一位数据进行传输，因此需要时钟信号提供时钟脉冲，集成电路总线I2C(Inter-Integrated Circuit)，是一种串行通信总线，由于串行总线的连线少，不仅节省了芯片的管脚，同时也节省PCB的空间。因此，采用串行线很大程度上简化系统的硬件设计。该装置简单，没有复杂的结构设计，并且便于携带，能够随时随地检测，没有其他的较为严格的环境限制因素，并且检测结果误差值也较小，这也是该装置的优点。

附图说明

图1为装置的结构示意图。具体结构为由单片机控制模块(1)，姿态检测传感器模块(2)，液晶显示模块(3)，几何载体中包含了发光二极管和传感器(4)，电源模块(5)组成。

图2为装置的硬件框图。

图3为几何载体的结构图。

图4为几何载体的剖面图。

图5为装置运行的流程框图。

具体实施方式

在PC机中通过软件进行程序编写，程序通过液晶显示屏来显示MPU9250姿态传感器所采集到的加速度数据，然后使几何载体做不规则变化，通过卡尔曼滤波能使载体的运动轨迹曲线进行平滑。观察液晶显示屏上的数据是否随着传感器的运动而变化。如果显示的数据随传感器运动而变化，就说明MPU9250能够正常与单片机控制模块相连接且能够正常工作。

完成上述MPU9250验证之后，进一步验证RGB发光二极管能否正常运行。6个三色发光二极管各个引脚分别连接一个1K的限流电阻，通过限流电阻连接到单片机控制模块的引脚上。每个发光二极管有4 个引脚，一个引脚为阳极，3个引脚为阴极各控制一种颜色(红绿蓝)。通过建立颜色数学模型确定给每一个阶段加速度对应一个颜色。编写程序使得MPU9250姿态传感器的几何载体发生运动或改变姿态时，6 个发光二极管能够做出相应的颜色变化。

硬件连接好并把编写的程序代码烧录到单片机中。复位单片机后所有发光二极管都点亮，并根据此时 MPU9250载体不同的姿态呈现出不同的颜色。当几何载体正放时正上方的发光二极管呈现红色，其他二极管呈现绿色。当载体左偏时，顶上的二极管由红色变紫、变蓝、变青最后变成绿色，于此同时，左边的二极管由绿色变青、变蓝、变紫最后变红，其他方向类同。不管几何载体姿态怎么变化，发光二极管都会跟着做出相应的颜色变化。