基于WiFi的姿态测量系统设计

发布时间：2020-05-10 15:40

【摘要】：姿态检测在人们日常生活中有着十分现实的物理意义,随着传感器等相关技术的发展,姿态测量技术也愈来愈成熟,以姿态采集技术为代表的新技术的不断涌现,推动了现代社会的快速发展。特别是某些运动环境中,姿态检测数据需要通过无线方式,实时上传。本文针对特殊环境的无线姿态检测需求,设计了一种基于STM32F103、MPU6050,ESP8266的无线姿态检测装置,实时获取所测物体的姿态信息,为进一步分析物体的运动状况提供准确的信息。本文设计的无线姿态检测系统包括检测单元与上位机显示单元两部分。检测单元以MPU6050传感器为核心,配合ESP8266无线射频收发模块、STM32F103单片机为基础,搭建了姿态采集测量系统模块。该模块利用MPU6050采集姿态信息,以STM32F103单片机为中央控制单元,利用ESP8266实现数据传输。上位机接收显示单元可通过手机APP、网页等显示方式显示姿态数据信息。系统软件设计主要包括采集单元运行软件设计以及上位机接收端手机APP、网页的显示界面设计。系统搭建完成后,负载于游泳者进行了四种游泳姿态测量实验,并对实验数据分析,整个系统由上位机人机交互软件通过命令远程实时控制。实验结果证明该系统实现了基本姿态的检测,满足了系统设计的基本要求,为后续的研究提供了一定的基础。
【图文】：

积分,陀螺仪

陀螺仪是最直观的角度测量工具，它可以测量绕坐标轴旋转的物体的“角度”，同在计算速率的时候使用到积分时间一样，由此才能确定旋转角度，但是在到这一结论之前应当对角速度进行积分。陀螺仪在测量角度信息时在其内部装置积分会产生积分误差，，单位时间越小，分越精确。同理可得，如果让陀螺仪传感器的采样率增加，则必定会得到更加精确结果。现在常用陀螺仪传感器的采样率已达 8KHz，基本达到大众的期望精度。虽器件测量精度逐步提高，但设备本身产生的误差却是不可忽略的。正如，陀螺仪哪只有微小的误差，物体运动旋转一段时间后，这种微小角度偏差也会累积到一个比明显的影响。假定物体不出现旋转，那么陀螺仪微小偏差并不明显。这种情况下即陀螺仪有角度偏差也不影响检测，当然理想状态是不管它静止多长时间，利用积分得的旋转角度为 0，但在静止时，0.1 度/秒的误差使得采样角速度不为 0，也就是说经过一整圈后，会产生不可忽略的误差。只有当正负方向的误差完全相互抵消，这积分累积误差才能消除。

四元数,方向

万向节死锁”，因此在数据处理，将四元数进行计算之后才将其转的转换元数和欧拉角应用的频率最高，，例如存储空间的节省，便于插，而在计算的过程中，整个计算示：针对四元数而言，其重点是加以描述[30]。通常而言，一个四元数[31]。 Z 轴的旋转角度分别为，，为 Roll、Pitch、Yaw。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP212.9;TN92;TH122

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