1.本发明涉及家用电器领域，更具体地，涉及一种振动位移测量模块及其检测洗衣机振动位移数据的方法。
背景技术：
2.洗衣机脱水时，电机在工作运转时产生的振动，变成洗衣机的振源，内筒在电机的带动下进行旋转，由于衣物的存在，内部会产生偏心负载，使内筒受到变载荷和变方向偏心，产生振动，同时外筒由于电机的振动和内筒的振动带动下也会发生振动，外筒通过支撑装置连接在箱体上，外筒的振动通过阻尼器会传递到箱体上，洗衣机振动过程是一个复杂的运动，既有直线运动，又有角运动，直线运动在三个反向上运动，转动也是围绕不同的轴进行转动。为了减小洗衣机振动的影响，测量洗衣机的振动位移数据，来优化洗衣机的洗涤程序。具体的，通过振动位移测量模块检测洗衣机的振动位移数据，先将采集的三轴加速度数据进行滤波，然后通过二次积分转换成位移量数据，再将位移量数据进行滤波提高精度，然后将位移量数据传输到洗衣机主控，洗衣机主控控制洗涤程序，优化洗涤效果，其中最重要的是需要对位移量数据滤波去除洗衣机运转过程中产生的扭转振动信号，以及滤除其他各种干扰信号。
3.为了提高输入到洗衣机主控的位移量数据的精度，现有技术做了一些改进，但是计算方法复杂并且精度依然有很大的优化空间，同时位移量数据也不太稳定。
4.有鉴于此，本申请提供一种振动位移测量模块及其检测洗衣机振动位移数据的方法，对位移量数据同时消除了积分近似计算误差及各种洗衣机的振动干扰信号，得到精度高且稳定的位移量数据，并且计算方法简单，能够更大程度的优化洗衣机的洗涤程序。
技术实现要素：
5.本发明的目的在于，提供一种振动位移测量模块及其检测洗衣机振动位移数据的方法，对位移量数据同时消除了积分近似计算误差及各种洗衣机的振动干扰信号，得到精度高且稳定的位移量数据，并且计算方法简单，能够更大程度的优化洗衣机的洗涤程序。
6.本申请人为了提高位移量数据的精度和稳定性，首次意外发现，将三轴加速度数据通过二次积分计算产生的误差，及洗衣机运转时外桶扭动信号叠加到正常的振动信号中的干扰信号进行综合处理，其位移量数据呈现出与洗衣机转速相关的规律性波动，该规律性波动包含与洗衣机转速相关的交流分量，表现为相同方向的数值波动，还包含一个直流分量，表现为相反方向的数值大小不相等，将相反方向的数值求绝对值然后计算移动平均值，既能够滤除相同方向的数值波动，又能够使相反方向的数值大小相等，从而得到既精度高又稳定的位移量数据，反映真实。因此将位移量数据根据洗衣机的转速分转速段的分别选取不同的窗口值计算移动平均值进行矫正补偿，就能消除积分近似计算误差及各种洗衣机的振动干扰信号，并且计算方法简单高效。本申请还对三轴加速度的滤波进行了优化，提高对三轴加速度滤波的效果。本申请人在此基础上完成了本申请。
7.本申请的一方面，提供一种检测洗衣机振动位移数据的方法，包括步骤：
8.s1，通过传感器采集洗衣机外桶的三轴加速度数据；
9.s2，将三轴加速度数据根据洗衣机的转速分区段的通过滤波器分别滤除转速等效频率以外的干扰信号，得到滤波后的三轴加速度数据；
10.s3，将滤波后的三轴加速度数据通过二次积分换算成相应的位移量数据；
11.s4，将位移量数据根据洗衣机的转速分转速段的分别选取不同的窗口值计算移动平均值进行矫正补偿，消除积分近似计算误差及各种洗衣机的振动干扰信号，得到精度高且稳定的位移量数据。
12.在一些实施方式中，在步骤s2中，根据洗衣机在不同转速的振动特性，将洗衣机的转速划分为多个转速区间，每个转速区间采用不同的滤波器，将三轴加速度数据分别滤除不同的频率范围以外的信号数据以滤除转速等效频率以外的干扰信号。
13.进一步的，所述转速区间的转速值越小，保留的频率范围越小，即其滤除的频率范围越大，转速区间的转速值越大，保留的频率范围越大，即其滤除的频率范围越小。
14.进一步的，所述转速区间有2
‑
16个，优选的，所述转速区间有3
‑
6个。
15.进一步的，低转速区间采用低通滤波器，高转速区间采用带通滤波器。
16.进一步的，将三轴加速度数据进行滤波前，先将采集的三轴加速度数据减去传感器校正得到的基准值得到实际的洗衣机外桶的三轴加速度值，再对实际三轴加速度值进行滤波处理。
17.在一些实施方式中，在步骤s4中，将三轴加速度数据通过二次积分计算产生的误差，及洗衣机运转时外桶扭动信号叠加到正常的振动信号中的干扰信号进行综合处理，其位移量数据呈现出与洗衣机转速相关的规律性波动，该规律性波动包含与洗衣机转速相关的交流分量，表现为相同方向的数值波动，还包含一个直流分量，表现为相反方向的数值大小不相等，将相反方向的数值求绝对值然后计算移动平均值，既能够滤除相同方向的数值波动，又能够使相反方向的数值大小相等，从而得到既精度高又稳定的位移量数据。
18.进一步的，将洗衣机的转速从小到大划分为多个转速段，各个转速段选取不同的窗口数量计算移动平均值、并且所述转速段的转速越大窗口数量越大，所述窗口具有相同数量或者不同数量的位移量数据。
19.进一步的，所述转速段有2
‑
16个，每个窗口具有相同数量的位移量数据，每个窗口具有2
‑
45个位移量数据。优选的，每个窗口具有2
‑
28个位移量数据，所述转速段有4
‑
8个。
20.进一步的，当某个转速段的窗口值＜设定的窗口值时，则有几个窗口或位移量数据则进行位移量数据的绝对值的平均值计算。
21.在一些实施方式中，在步骤s1之前，还包括传感器校正步骤：所述传感器校正步骤是在传感器初始化后，通过传感器采集一定数量的加速度值并取平均作为基准值；以后读取的传感器数据满足：洗衣机转速为0且1s内且传感器波动≤
±
1时，会再次进行传感器校正，以消除传感器数据的漂移。
22.在一些实施方式中，在步骤s1中，mcu通过通讯协议从传感器中读取洗衣机外桶的三轴加速度数据，为保证数据的准确性，根据采样定理，将传感器的输出数据速率设为500hz。
23.在一些实施方式中，在步骤s3中，二次积分换算为对滤波后的三轴加速度数据先
进行一次积分得到速度值，再进行一次积分得到位移值。
24.在一些实施方式中，检测洗衣机振动位移数据的方法还包括步骤s5，将步骤s4得到的精度高且稳定的位移量数据输出到洗衣机主控，洗衣机主控控制洗衣机电机运转的转速，优化洗涤程序。
25.进一步的，洗衣机主控通过uart接口进行数据传输，波特率9600，数据位8，奇偶校验位无，停止位1，数据流控无，传输1个字节通常按照耗时 2ms计算；而主控发送一次转速数据包为3个字节，传感器返送一次位移数据包为5个字节，一次数据交互共传输8个字节，耗时16ms；因此，最快每 16ms发送一次实时转速，既能将转速实时参与数据计算以提高准确性，又能将位移量数据实时返送给洗衣机主控以提高实时性。
26.本申请的另一方面，提供一种振动位移测量模块，用于检测洗衣机的振动位移数据，所述振动位移测量模块包括传感器和mcu处理器，所述传感器采集洗衣机外桶的三轴加速度数据，并将三轴加速度数据传输到mcu处理器；所述mcu处理器将三轴加速度数据根据洗衣机的转速分区段的通过滤波器分别滤除转速等效频率以外的干扰信号，得到滤波后的三轴加速度数据；然后将滤波后的三轴加速度数据通过二次积分换算成相应的位移量数据；再将位移量数据根据洗衣机的转速分转速段的分别选取不同的窗口值计算移动平均值进行矫正补偿，消除积分近似计算误差及各种洗衣机的振动干扰信号，得到精度高且稳定的位移量数据。
27.在一些实施方式中，mcu处理器根据洗衣机在不同转速的振动特性，将洗衣机的转速划分为多个转速区间，每个转速区间采用不同的滤波器，将三轴加速度数据分别滤除不同的频率范围以外的信号数据以滤除转速等效频率以外的干扰信号。
28.进一步的，所述转速区间的转速值越小，保留的频率范围越小，即其滤除的频率范围越大，转速区间的转速值越大，保留的频率范围越大，即其滤除的频率范围越小。
29.进一步的，所述转速区间有2
‑
16个，优选的，所述转速区间有3
‑
6个。
30.进一步的，低转速区间采用低通滤波器，高转速区间采用带通滤波器。
31.进一步的，将三轴加速度数据进行滤波前，先将采集的三轴加速度数据减去传感器校正得到的基准值得到实际的洗衣机外桶的三轴加速度值，再对实际三轴加速度值进行滤波处理。
32.在一些实施方式中，将三轴加速度数据通过二次积分计算产生的误差，及洗衣机运转时外桶扭动信号叠加到正常的振动信号中的干扰信号进行综合处理，其位移量数据呈现出与洗衣机转速相关的规律性波动，该规律性波动包含与洗衣机转速相关的交流分量，表现为相同方向的数值波动，还包含一个直流分量，表现为相反方向的数值大小不相等，将相反方向的数值求绝对值然后计算移动平均值，既能够滤除相同方向的数值波动，又能够使相反方向的数值大小相等，从而得到既精度高又稳定的位移量数据，反映真实。
33.进一步的，将洗衣机的转速从小到大划分为多个转速段，各个转速段选取不同的窗口数量计算移动平均值、并且所述转速段的转速越大窗口数量越大，所述窗口具有相同数量或者不同数量的位移量数据。
34.进一步的，所述转速段有2
‑
16个，每个窗口具有相同数量的位移量数据，每个窗口具有2
‑
45个位移量数据。优选的，每个窗口具有2
‑
28个位移量数据，所述转速段有4
‑
8个。
35.在一些实施方式中，传感器采集三轴加速度数据前，先对传感器进行校正，通过传
感器采集一定数量的加速度值并取平均作为基准值；以后读取的传感器数据满足：洗衣机转速为0且1s内且传感器波动≤
±
1时，会再次进行传感器校正，以消除传感器数据的漂移。
36.在一些实施方式中，mcu通过通讯协议从传感器中读取洗衣机外桶的三轴加速度数据，为保证数据的准确性，根据采样定理，将传感器的输出数据速率设为500hz。
37.在一些实施方式中，二次积分换算为对滤波后的三轴加速度数据先进行一次积分得到速度值，再进行一次积分得到位移值。
38.在一些实施方式中，mcu处理器将得到的精度高且稳定的位移量数据输出到洗衣机主控，洗衣机主控控制洗衣机电机运转的转速，优化洗涤程序。
39.进一步的，洗衣机主控通过uart接口进行数据传输，波特率9600，数据位8，奇偶校验位无，停止位1，数据流控无，传输1个字节通常按照耗时 2ms计算；而主控发送一次转速数据包为3个字节，传感器返送一次位移数据包为5个字节，一次数据交互共传输8个字节，耗时16ms；因此，最快每 16ms发送一次实时转速，既能将转速实时参与数据计算以提高准确性，又能将位移量数据实时返送给洗衣机主控以提高实时性。
40.与现有技术相比，本申请的振动位移测量模块及其检测洗衣机振动位移数据的方法具有以下优点：1.矫正补偿的方法简单并且精度高；2.除了精度高并且稳定，现有技术根据洗衣机转速而选择不同i ir滤波器系数和滤波器增益对位移量数据进行矫正补偿，这种方式在滤除交流分量时，仍会保留直流分量导致的相反方向数值大小不相等的问题，导致数据不稳定；3.除了消除洗衣机在运行过程中的各种振动干扰信号，同时消除了积分近似计算误差，进一步提高精度。
具体实施方式
41.描述以下实施例以辅助对本申请的理解。不意在且不应当以任何方式将实施例解释成为限制本申请的保护范围。
42.在以下描述中，本领域的技术人员将认识到，在本论述的全文中，组件可描述为单独的功能单元(可包括子单元)，但是本领域的技术人员将认识到，各种组件或其部分可划分成单独组件，或者可整合在一起(包括整合在单个的系统或组件内)。
43.此外，组件或系统之间的连接并不旨在限于直接连接。相反，在这些组件之间的数据可由中间组件修改、重格式化、或以其它方式改变。另外，可使用另外或更少的连接。还应注意，术语“联接”、“连接”、或“输入”应理解为包括直接连接、通过一个或多个中间设备来进行的间接连接、和无线连接。
44.实施例1：
45.一种检测洗衣机振动位移数据的方法，包括步骤：
46.s1，通过传感器采集洗衣机外桶的三轴加速度数据；
47.s2，将三轴加速度数据根据洗衣机的转速分区段的通过滤波器分别滤除转速等效频率以外的干扰信号，得到滤波后的三轴加速度数据；
48.s3，将滤波后的三轴加速度数据通过二次积分换算成相应的位移量数据；
49.s4，将位移量数据根据洗衣机的转速分转速段的分别选取不同的窗口值计算移动平均值进行矫正补偿，消除积分近似计算误差及各种洗衣机的振动干扰信号，得到精度高且稳定的位移量数据。
50.在步骤s2中，根据洗衣机在不同转速的振动特性，将洗衣机的转速划分为多个转速区间，每个转速区间采用不同的滤波器，将三轴加速度数据分别滤除不同的频率范围以外的信号数据以滤除转速等效频率以外的干扰信号。所述转速区间的转速值越小，保留的频率范围越小，即其滤除的频率范围越大，转速区间的转速值越大，保留的频率范围越大，即其滤除的频率范围越小。低转速区间采用低通滤波器，高转速区间采用带通滤波器。转速区间有 3个，当洗衣机转速≤150转/min时，采用截止频率为3hz的低通滤波器，滤除0
‑
3hz频率范围以外的信号数据；当洗衣机转速为150
‑
300转/min时，采用截止频率为6hz的低通滤波器，滤除0
‑
6hz频率范围以外的信号数据；当洗衣机转速＞300转/min时，采用通带为2hz～50hz的带通滤波器，滤除 2
‑
50hz频率范围以外的信号数据。将三轴加速度数据进行滤波前，先将采集的三轴加速度数据减去传感器校正得到的基准值得到实际的洗衣机外桶的三轴加速度值，再对实际三轴加速度值进行滤波处理。
51.在步骤s4中，将三轴加速度数据通过二次积分计算产生的误差，及洗衣机运转时外桶扭动信号叠加到正常的振动信号中的干扰信号进行综合处理，其位移量数据呈现出与洗衣机转速相关的规律性波动，该规律性波动包含与洗衣机转速相关的交流分量，表现为相同方向的数值波动，还包含一个直流分量，表现为相反方向的数值大小不相等，将相反方向的数值求绝对值然后计算移动平均值，既能够滤除相同方向的数值波动，又能够使相反方向的数值大小相等，从而得到既精度高又稳定的位移量数据，反映真实。将洗衣机的转速从小到大划分为多个转速段，每个转速段选取不同的窗口数量计算移动平均值、并且所述转速段的转速越大窗口数量越大，每个窗口具有相同数量的位移量数据。转速段有6个，洗衣机转速分别为：0～400转/min，400～600 转/min，600～800转/min，800～1000转/min，1000～1200转/min，大于1200 转/min，选取的窗口数量分别为4个、6个、8个、10个、12个、14个计算移动平均值，每个窗口具有4个位移量数据。移动平均值的计算，例如当洗衣机转速为0～400转/min，选取4个窗口值计算移动平均值，每个窗口具有 4个位移量数据，将窗口的编号为1号、2号、3号、4号、5号、6号、7号等等，第一个移动平均值为1号、2号、3号和4号窗口的位移量数据的绝对值的平均值，第二个移动平均值为2号、3号、4号和5号窗口的位移量数据的绝对值的平均值，第三个移动平均值为3号、4号、5号和6号窗口的位移量数据的绝对值的平均值，以此类推。若窗口数量不足4个，则有几个窗口/ 位移量数据则进行位移量数据的绝对值的平均值计算。
52.在步骤s1之前，还包括传感器校正步骤：所述传感器校正步骤是在传感器初始化后，通过传感器采集一定数量的加速度值并取平均作为基准值；以后读取的传感器数据满足：洗衣机转速为0且1s内且传感器波动≤
±
1时，会再次进行传感器校正，以消除传感器数据的漂移。在步骤s1中，mcu通过通讯协议从传感器中读取洗衣机外桶的三轴加速度数据，为保证数据的准确性，根据采样定理，将传感器的输出数据速率设为500hz。在步骤s3中，二次积分换算为对滤波后的三轴加速度数据先进行一次积分得到速度值，再进行一次积分得到位移值。检测洗衣机振动位移数据的方法还包括步骤s5，将步骤s4得到的精度高且稳定的位移量数据输出到洗衣机主控，洗衣机主控控制洗衣机电机运转的转速，优化洗涤程序。洗衣机主控通过uart接口进行数据传输，波特率9600，数据位8，奇偶校验位无，停止位1，数据流控无，传输1个字节通常按照耗时2ms计算；而主控发送一次转速数据包为3个字节，传感器返送一次位移数据包为5个字节，一次数据交互共传输8个字节，耗时16ms；因此，最快
每16ms发送一次实时转速，既能将转速实时参与数据计算以提高准确性，又能将位移量数据实时返送给洗衣机主控以提高实时性。本申请人首次发现了该规律性波动，采用简单高效的计算方法对位移量数据进行矫正补偿，与现有技术相比，1.矫正补偿的方法简单并且精度高； 2.除了精度高并且稳定，现有技术根据洗衣机转速而选择不同i ir滤波器系数和滤波器增益对位移量数据进行矫正补偿，这种方式在滤除交流分量时，仍会保留直流分量导致的相反方向数值大小不相等的问题，导致数据不稳定； 3.除了消除洗衣机在运行过程中的各种振动干扰信号，同时消除了积分近似计算误差，进一步提高精度。
53.实施例2：
54.一种振动位移测量模块，用于检测洗衣机的振动位移数据，所述振动位移测量模块包括传感器和mcu处理器，所述传感器采集洗衣机外桶的三轴加速度数据，并将三轴加速度数据传输到mcu处理器；所述mcu处理器将三轴加速度数据根据洗衣机的转速分区段的通过滤波器分别滤除转速等效频率以外的干扰信号，得到滤波后的三轴加速度数据；然后将滤波后的三轴加速度数据通过二次积分换算成相应的位移量数据；再将位移量数据根据洗衣机的转速分转速段的分别选取不同的窗口值计算移动平均值进行矫正补偿，消除积分近似计算误差及各种洗衣机的振动干扰信号，得到精度高且稳定的位移量数据。
55.mcu处理器根据洗衣机在不同转速的振动特性，将洗衣机的转速划分为多个转速区间，每个转速区间采用不同的滤波器，将三轴加速度数据分别滤除不同的频率范围以外的信号数据以滤除转速等效频率以外的干扰信号。所述转速区间的转速值越小，保留的频率范围越小，即其滤除的频率范围越大，转速区间的转速值越大，保留的频率范围越大，即其滤除的频率范围越小。低转速区间采用低通滤波器，高转速区间采用带通滤波器。将三轴加速度数据进行滤波前，先将采集的三轴加速度数据减去传感器校正得到的基准值得到实际的洗衣机外桶的三轴加速度值，再对实际三轴加速度值进行滤波处理。转速区间有6个，当洗衣机转速≤100转/min时，采用截止频率为2hz的低通滤波器，滤除0
‑
2hz频率范围以外的信号数据；当洗衣机转速为100
‑
300 转/min时，采用截止频率为6hz的低通滤波器，滤除0
‑
6hz频率范围以外的信号数据；当洗衣机转速为300
‑
500转/min时，采用通带为2～12hz的带通滤波器，滤除2～12hz频率范围以外的信号数据；当洗衣机转速为500
‑
700转 /min时，采用通带为5～15hz的带通滤波器，滤除5～15hz频率范围以外的信号数据；当洗衣机转速为700
‑
900转/min时，采用通带为8～18hz的带通滤波器，滤除8～18hz频率范围以外的信号数据；当洗衣机转速＞900转/min时，采用通带为12～30hz的带通滤波器，滤除12～30hz频率范围以外的信号数据。
56.将三轴加速度数据通过二次积分计算产生的误差，及洗衣机运转时外桶扭动信号叠加到正常的振动信号中的干扰信号进行综合处理，其位移量数据呈现出与洗衣机转速相关的规律性波动，该规律性波动包含与洗衣机转速相关的交流分量，表现为相同方向的数值波动，还包含一个直流分量，表现为相反方向的数值大小不相等，将相反方向的数值求绝对值然后计算移动平均值，既能够滤除相同方向的数值波动，又能够使相反方向的数值大小相等，从而得到既精度高又稳定的位移量数据，反映真实。将洗衣机的转速从小到大划分为多个转速段，每个转速段选取不同的窗口数量计算移动平均值、并且所述转速段的转速越大窗口数量越大，每个窗口具有相同数量的位移量数据。转速段有6个，洗衣机转速分别为：0～400转/min，400～600转/min，600～800 转/min，800～1000转/min，1000～1200转/
min，大于1200转/min，选取的窗口数量分别为3个、6个、9个、12个、15个、18个计算移动平均值，每个窗口具有24个位移量数据。
57.传感器采集三轴加速度数据前，先对传感器进行校正，通过传感器采集一定数量的加速度值并取平均作为基准值；以后读取的传感器数据满足：洗衣机转速为0且1s内且传感器波动≤
±
1时，会再次进行传感器校正，以消除传感器数据的漂移。mcu通过通讯协议从传感器中读取洗衣机外桶的三轴加速度数据，为保证数据的准确性，根据采样定理，将传感器的输出数据速率设为500hz。二次积分换算为对滤波后的三轴加速度数据先进行一次积分得到速度值，再进行一次积分得到位移值。mcu处理器将得到的精度高且稳定的位移量数据输出到洗衣机主控，洗衣机主控控制洗衣机电机运转的转速，优化洗涤程序。洗衣机主控通过uart接口进行数据传输，波特率9600，数据位8，奇偶校验位无，停止位1，数据流控无，传输1个字节通常按照耗时 2ms计算；而主控发送一次转速数据包为3个字节，传感器返送一次位移数据包为5个字节，一次数据交互共传输8个字节，耗时16ms；因此，最快每 16ms发送一次实时转速，既能将转速实时参与数据计算以提高准确性，又能将位移量数据实时返送给洗衣机主控以提高实时性。
58.尽管本申请已公开了多个方面和实施方式，但是其它方面和实施方式对本领域技术人员而言将是显而易见的，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。本申请公开的多个方面和实施方式仅用于举例说明，其并非旨在限制本申请，本申请的实际保护范围以权利要求为准。