[发明专利]用于货物运输监测的冲击倾斜电子标签及其监测方法

权利要求书

1.一种冲击倾斜电子标签，其特征在于：包括外壳、安装在外壳内的PCB板以及粘贴在所述外壳上的操作及指示面板，在所述PCB板上焊接有MCU、低功耗三轴加速度传感器、纽扣电池、按键开关、LED冲击事件指示灯和LED倾斜事件指示灯，在所述操作及指示面板上设置有所述LED冲击事件指示灯和LED倾斜事件指示灯的指示窗口、开启按键、电子标签序号二维码以及加速度传感器三轴方向标识，

所述MCU用于：

在出厂前，存储冲击滤波频率、冲击阈值、倾斜静置时间和倾斜阈值；

在电子标签开始启动时，连续采集多个启动时刻的加速度值，对其进行均值处理后，通过计算得到初始加速度值a_i(a_ix，a_iy，a_iz)和货物初始姿态重力倾角值G₀，将其写入MCU内部数据存储区进行保存，其中，a_ix、a_iy、a_iz分别为a_i在x轴、y轴、z轴方向上的分量；

在货物运输过程中，实时采集并缓存所述低功耗三轴加速度传感器输出的加速度值a_t(a_tx，a_ty，a_tz)序列，并根据其值分别进行冲击模式计算和倾斜模式计算，然后将计算结果与预设的冲击阈值和倾斜阈值进行比较，当其数值超过对应阈值时，所述MCU驱动对应事件的指示灯以不同的颜色进行闪烁，显示对应超限事件已经发生和发生在哪个方向，其中：

a_t为t时刻的加速度值，为矢量，t＝0，1，2……n；

a_tx、a_ty、a_tz分别为a_t在x轴、y轴、z轴方向上的分量；

在货物交接时，按动所述开启按键，所述MCU根据事件记录，在发生了冲击事件或倾斜事件的情况下，驱动对应事件指示灯进入长亮状态，显示对应超限事件已经发生，若没有任何事件发生，使所述指示灯全部进入白色长亮状态；

所述低功耗三轴加速度传感器用于测量货物的加速度值；

所述纽扣电池用于为电子标签提供电能；

所述LED冲击事件指示灯用于进行冲击超限或未超限状态的显示；

所述LED倾斜事件指示灯用于进行倾斜超限或未超限状态的显示；

所述开启按键用于启动所述冲击倾斜电子标签进入工作状态以及在对所述操作及指示面板进行拍照时，使所述LED冲击事件指示灯和LED倾斜事件指示灯进入闪烁或长亮状态；

在货物运输过程中，所MCU采集数据和进行计算的过程包括以下步骤：

S1，所述MCU以固定频率实时采集、缓存所述加速度传感器输出的加速度值a_t(a_tx，a_ty，a_tz)，并按下式进行计算：

|a_t|＝(a_tx²+a_ty²+a_tz²)^1/2，

当3个连续时间点的|a_t|值均大于1g时，进入步骤S2；当3个连续时间点的|a_t|值均等于1g时，进入步骤S3；

S2，进行冲击模式计算，包括以下步骤：

S21)所述MCU对采集到的加速度a_t的序列值进行主波截取、反弹波去除及平滑去噪处理，所述a_tx、a_ty、a_tz的序列形成相应的分量数据曲线；

S22)所述MCU对步骤S21得到的3条分量数据曲线的最大峰值进行对比，找到数值最大的峰值点，并将其所在的轴定义为冲击方向主轴；

S23)计算所述峰值点数据a_max；

S24)对所述a_max进行数据校正处理：设校正后的加速度峰值为b_max，b_max＝b₀+b₁a_max+b₂a_max²，得到b_max，其中b₀、b₁、b₂均为经验系数；

S25)将所述b_max与预设的冲击阈值进行比较，当其大于冲击阈值时，判定为发生了冲击事件，此时，停止冲击模式计算，MCU驱动冲击事件指示灯点亮，并分别用不同的颜色表示不同的冲击方向主轴；当b_max小于或等于冲击阈值时，回到步骤S1；

S3，进行倾斜模式计算，包括以下步骤：

S31)根据a_t(a_tx，a_ty，a_tz)的三轴分量，计算并获得当前货物姿态重力倾角G_t；

S32)计算当前货物姿态重力倾角G_t与货物初始姿态重力倾角G₀之间的偏转角度值c，c＝|G_t-G₀|；

S33)将所述c值与预设的倾斜角度阈值进行比较，当其大于倾斜角度阈值时，将a_t(a_tx，a_ty，a_tz)标记为a₀(a_0x，a_0y，a_0z)，此刻时间标记t＝0，然后对数据序列按下标递增方向，逐点计算各时刻的加速度，

当a₁≠a₀时，进入步骤S1；

当a₀＝a₁时，继续向后计算，当计算过程出现既满足式(1)，又满足式(2)的结果时，判断为有倾斜事件发生，

a_o＝a₁＝a₂……＝a_n (1)

t_n-t₀≥预设的倾斜静置时间 (2)

当有倾斜事件发生时，判断产生倾斜的主轴，方法如下：

1)计算当前加速度分量与原始加速度分量的差值d，有：

d_x＝|a_0x-a_ix| (3)

d_y＝|a_0y-a_iy| (4)

d_z＝|a_0z-a_iz| (5)

2)比较d_x、d_y、d_z这3个数值，获得其中的最小值，该最小值所在的轴即为产生倾斜的主轴；

3)步骤S34)所述MCU驱动倾斜事件指示灯点亮，并指定用不同颜色分别表示不同的产生倾斜的主轴，此时，停止倾斜模式计算。