a). Căn chỉnh cảm biến
Thu nhận dữ liệu và tiền xử lý dữ liệu là cần thiết trong các hệ đo. Các cảm biến mặc dù đã được căn chỉnh tại nơi sản xuất để đạt độ chính xác cao. Tuy nhiên, các cảm biến không hoàn hảo, nó cần được hiệu chỉnh trong hệ thống mà nó được sử dụng. Căn chỉnh là một phương pháp cải thiện hiệu năng của cảm biến bằng cách loại bỏ lỗi cấu trúc trong dữ liệu đầu ra cảm biến. Lỗi cảm biến phân làm 2 loại là lỗi tất định và lỗi ngẫu nhiên.
Để xử lý lỗi tất định, tác giả sử dụng gia tốc trọng trường để căn chỉnh cảm biến, như trong [8]. Giả sử một trục gia tốc của cảm biến quay lên trên so với mặt đất, nó sẽ nhận giá trị +1g và khi quay xuống dưới về phía mặt đất, nó sẽ nhận giá trị là –1g (trong đó, g = 9,8 m/s2 là giá trị gia tốc trọng trường). Căn chỉnh cảm biến được thực hiện bằng cách quay cảm biến tại 6 vị trí tĩnh theo Bảng 2.2.
Bảng 2.2. Căn chỉnh cảm biến.
Phương pháp quay cảm biến từ +1g đến -1g giúp ta thu được giá trị 0g chính xác và tin cậy. Xét trường hợp trục Z, khi quay lên, cảm biến cho giá trị Z1 và khi
quay xuống giá trị là Z2. Khi đó ta có:
( )g Z ( )g
Z1 =αz+ βz+1 ; 2 =αz− βz +1 (1)
trong đó, αz là độ lệch theo trục Z, βz là hệ số tỷ lệ theo trục Z. Từ (1)
chúng ta có: 1 2 ; 2 2 1 2 1+ = − − = g Z Z Z Z z z β α (2)
Với mỗi vị trí của cảm biến, dữ liệuđược thu nhận trong khoảng thời gian là 6 phút, với khoảng 200 mẫu dữ liệu và Z1, Z2là các giá trị trung bình. Theo phương trình (2), ta tính được: 46,8 m ; 9, 9 m z g z g α = − β = . Trong đó, 1 mg = 10-3g. Tương tự tính được: αy = −0, 9 m ;g βy =9, 7 mg. 18,8 m ; 9,8 m x g x g α = β = .
Xác định giá trị 0g tại trục X:
Hình 2.15. Chuẩn hóa giá trị trục X.
Xác định giá trị 0g tại trục Y:
Xác định giá trị 0g tại trục Z:
Hình 2.17. Chuẩn hóa giá trị trục Z.
b). Chuẩn hóa dữ liệu
Để chuẩn hóa giá trị đo từ giá trị thô, chúng ta cần quan tâm đến hai vấn đề đó là: số bit sử dụng để biểu diễn giá trị gốc và dải đo dữ liệu gia tốc. Module MPU6050 được thiết lập để do giá trị 16 bit, và có các dải đo ±2, 4, 8, 16g. Trong nghiên cứu của luận văn, tác giả sử dụng dải ±8g, và dữ liệu thô được tính theo phương trình (3): ( ) ( ) 12 16 12 12 12 16 measurement_value measurement_value 2 2 2 , 2 , 2 g g g G X X Y Y Z Z − − − − = × = × = × = × = × (3)
Trong đó, measurement_value là giá trị đo của gia tốc theo các trục X, Y và
Z; Xg,Yg,Zg là các giá trị thô (đầu ra cảm biến). Như vậy, từ các giá trị thô thu được do cảm biến cung cấp, chúng ta xác định được giá trị gia tốc cần đo một cách
chính xác.
Nhận biết trạng thái của bò thông qua xử lý dữ liệu từ cảm biến gia tốc 3 trục, gắn ở cổ bò. Việc chuẩn hóa dữ liệu được nhóm nghiên cứu [8] thực hiện theo
từng giây. Trong một giây, có từ 9 đến 12 giá trị cảm biến gia tốc được ghi nhận, và giá trị sử dụng là là trị trung bình trong 1 giây. Việc thu thập dữ liệu thông qua hệ thống không dây về smart-phone (máy tính) kết hợp với dữ liệu quan sát thông qua
video ghi hình đồng bộ với nhau. Thông qua việc quan sát video, các hành vi của bò được ghi lại để làm dữ liệu chuẩn. Hình 2.18 dưới đây là dữ liệu ba trục thu được tương ứng với các hành vi của các thể bò [8]:
Hình 2.18. Dữ liệu gia trốc theo ba trục X, Y, Z tương ứng với các hành vi của bò.