基于UWB的跟随行李箱研究与设计
发布时间：2022-10-29 11:37
随着我国经济的迅速发展、科技的不断进步和生活水平的不断提高,人们的出行频率大幅增加。在旅途中,我们享受着智能电子产品的便利的同时,也体会着旅途带来的疲惫,繁重的行李箱是造成旅途疲惫的重要因素。为解决这一问题,将现有技术运用在行李箱中,让行李箱实现对主人的自动跟随。本课题以UWB（Ultra Wide Band）技术为定位手段,利用红外和超声波测距技术检测障碍物,通过轮毂电机驱动行李箱对目标进行跟随。本文首先对行李箱系统进行总体规划,详细分析了系统的功能需求,根据功能划分为不同模块;其次,分析了系统实现的理论基础,包括基于自适应卡尔曼滤波的UWB双边双向测距法和跟随目标的TOA定位方法,以行李箱的运动和跟随模型给出了跟随控制策略;然后,对系统的软硬件进行具体设计,将系统硬件以功能划为分UWB基站和标签模块、壁障模块和电机驱动模块,选择合适的元器件设计出各个模块的通用接口电路和主要功能实现电路,将系统软件的设计分为UWB基站和标签模块测距软件、避障模块的障碍物检测软件、电机驱动模块的FreeRTOS多任务软件。电机驱动模块通过RS485总线采集UWB基站的标签距离和避障模块的障碍物距离等原...
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
1.2 UWB起源及特点
1.3 跟随行李箱国内外研究现状
1.3.1 国外跟随行李箱研究现状
1.3.2 国内跟随行李箱研究现状
1.4 本文的研究内容与结构
1.4.1 研究内容
1.4.2 论文结构
第2章 跟随行李箱系统总体设计与理论基础
2.1 系统总体规划
2.2 UWB测距方法
2.2.1 UWB测距原理
2.2.2 AKF距离滤波方法
2.3 UWB定位方法
2.3.1 常用定位方法
2.3.2 跟随目标的定位方法
2.4 行李箱跟随目标方法
2.4.1 行李箱运动模型
2.4.2 跟随模型与控制方法
2.5 本章小结
第3章 跟随行李箱系统的硬件设计
3.1 电源电路和通用外设电路
3.1.1 电源电路设计
3.1.2 通用外设电路设计
3.2 UWB定位模块硬件设计
3.2.1 微处理器电路设计
3.2.2 UWB射频收发电路设计
3.2.3 射频叠层PCB设计
3.3 避障模块硬件设计
3.3.1 超声波发送电路设计
3.3.2 超声波接收电路设计
3.3.3 红外接近开关电路设计
3.4 电机驱动模块电路设计
3.4.1 微处理器电路设计
3.4.2 驱动与保护电路设计
3.4.3 转速测量电路设计
3.5 本章小结
第4章 跟随行李箱系统的软件设计
4.1 系统软件总体框架
4.1.1 软件功能结构
4.1.2 系统模块间的RS485 通信协议
4.2 UWB模块软件设计
4.3 避障模块软件设计
4.4 电机驱动模块软件设计
4.4.1 FREERTOS系统基础知识
4.4.2 电机驱动模块FREERTOS软件设计
4.5 本章小结
第5章 系统功能测试
5.1 UWB射频模块测试
5.2 避障模块测试
5.3 电机驱动模块测试
5.4 整机测试
5.4.1 非视距测距滤波测试
5.4.2 标签的定位测试
5.4.3 目标跟随测试
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 本文工作总结
6.2 下一步工作展望
致谢
参考文献
攻读学位期间获得与学位论文相关的科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]闭环霍尔电流传感器的硬件电路设计[J]. 武旭,王林森,居鹏. 传感器与微系统. 2018(11)
[2]超声波在尾矿浆传播中的衰减特性数值模拟分析[J]. 汪建新,高鑫,张艳萍. 工矿自动化. 2018(03)
[3]利用有效去耦上升时间选择去耦电容的方法[J]. 刘洋,夏建强,初秀琴. 西安电子科技大学学报. 2018(04)
[4]非理想反电动势下无刷直流电机转矩波动研究[J]. 夏鲲,董斌,卢晶. 系统仿真学报. 2018(01)
[5]基于DSP和DRV8305的PMSM驱动控制器设计[J]. 刘京,李洪文,邓永停. 电力电子技术. 2017(11)
[6]基于增量式PID算法的直流电机调速系统[J]. 朱嵘涛,武洪涛. 仪表技术与传感器. 2017(07)
[7]嵌入式系统中断服务可靠性评估方法[J]. 崔凯,王洁,周宽久,梁浩然,潘杰,李明楚. 清华大学学报(自然科学版). 2016(08)
[8]遥感图像中微小红外目标的分类定位识别[J]. 高照忠,魏海霞,喻怀义. 科技通报. 2015(12)
[9]基于电机转速闭环控制的混合动力汽车模式切换动态协调控制策略[J]. 张娜,赵峰,罗禹贡,张红. 汽车工程. 2014(02)
[10]基于CMOS工艺高精度RC振荡电路设计[J]. 杨卫,鲁征浩,江猛. 半导体技术. 2013(12)
博士论文
[1]不锈钢搭接激光焊接头超声波定量检测及质量评估研究[D]. 周广浩.吉林大学 2018
[2]TDOA被动定位关键技术研究与应用[D]. 万鹏武.西安电子科技大学 2018
[3]切向聚磁式永磁同步轮毂电机磁特性及热特性研究[D]. 梁培鑫.哈尔滨工业大学 2018
[4]轮毂电机转矩优化方法研究[D]. 彭思仑.吉林大学 2014
[5]轮毂电机驱动电动汽车的电制动特性研究[D]. 杨宇.吉林大学 2013
硕士论文
[1]基于FreeRTOS实时系统的电火花线切割电源设计与实现[D]. 吕小川.山东大学 2017
[2]基于TOA方案的超宽带室内定位技术研究[D]. 许佩佩.东南大学 2016
[3]面向物联网的室内短距离环境UWB信号多径传播特性研究[D]. 殷福荣.南京邮电大学 2015
[4]恒温晶振OCXO自适应驯服保持技术研究[D]. 马彦青.西安电子科技大学 2011
[5]Kalman滤波理论及其在通信与信号处理中的应用[D]. 邱凤云.山东大学 2008
本文编号：3697619
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
1.2 UWB起源及特点
1.3 跟随行李箱国内外研究现状
1.3.1 国外跟随行李箱研究现状
1.3.2 国内跟随行李箱研究现状
1.4 本文的研究内容与结构
1.4.1 研究内容
1.4.2 论文结构
第2章 跟随行李箱系统总体设计与理论基础
2.1 系统总体规划
2.2 UWB测距方法
2.2.1 UWB测距原理
2.2.2 AKF距离滤波方法
2.3 UWB定位方法
2.3.1 常用定位方法
2.3.2 跟随目标的定位方法
2.4 行李箱跟随目标方法
2.4.1 行李箱运动模型
2.4.2 跟随模型与控制方法
2.5 本章小结
第3章 跟随行李箱系统的硬件设计
3.1 电源电路和通用外设电路
3.1.1 电源电路设计
3.1.2 通用外设电路设计
3.2 UWB定位模块硬件设计
3.2.1 微处理器电路设计
3.2.2 UWB射频收发电路设计
3.2.3 射频叠层PCB设计
3.3 避障模块硬件设计
3.3.1 超声波发送电路设计
3.3.2 超声波接收电路设计
3.3.3 红外接近开关电路设计
3.4 电机驱动模块电路设计
3.4.1 微处理器电路设计
3.4.2 驱动与保护电路设计
3.4.3 转速测量电路设计
3.5 本章小结
第4章 跟随行李箱系统的软件设计
4.1 系统软件总体框架
4.1.1 软件功能结构
4.1.2 系统模块间的RS485 通信协议
4.2 UWB模块软件设计
4.3 避障模块软件设计
4.4 电机驱动模块软件设计
4.4.1 FREERTOS系统基础知识
4.4.2 电机驱动模块FREERTOS软件设计
4.5 本章小结
第5章 系统功能测试
5.1 UWB射频模块测试
5.2 避障模块测试
5.3 电机驱动模块测试
5.4 整机测试
5.4.1 非视距测距滤波测试
5.4.2 标签的定位测试
5.4.3 目标跟随测试
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 本文工作总结
6.2 下一步工作展望
致谢
参考文献
攻读学位期间获得与学位论文相关的科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]闭环霍尔电流传感器的硬件电路设计[J]. 武旭,王林森,居鹏. 传感器与微系统. 2018(11)
[2]超声波在尾矿浆传播中的衰减特性数值模拟分析[J]. 汪建新,高鑫,张艳萍. 工矿自动化. 2018(03)
[3]利用有效去耦上升时间选择去耦电容的方法[J]. 刘洋,夏建强,初秀琴. 西安电子科技大学学报. 2018(04)
[4]非理想反电动势下无刷直流电机转矩波动研究[J]. 夏鲲,董斌,卢晶. 系统仿真学报. 2018(01)
[5]基于DSP和DRV8305的PMSM驱动控制器设计[J]. 刘京,李洪文,邓永停. 电力电子技术. 2017(11)
[6]基于增量式PID算法的直流电机调速系统[J]. 朱嵘涛,武洪涛. 仪表技术与传感器. 2017(07)
[7]嵌入式系统中断服务可靠性评估方法[J]. 崔凯,王洁,周宽久,梁浩然,潘杰,李明楚. 清华大学学报(自然科学版). 2016(08)
[8]遥感图像中微小红外目标的分类定位识别[J]. 高照忠,魏海霞,喻怀义. 科技通报. 2015(12)
[9]基于电机转速闭环控制的混合动力汽车模式切换动态协调控制策略[J]. 张娜,赵峰,罗禹贡,张红. 汽车工程. 2014(02)
[10]基于CMOS工艺高精度RC振荡电路设计[J]. 杨卫,鲁征浩,江猛. 半导体技术. 2013(12)
博士论文
[1]不锈钢搭接激光焊接头超声波定量检测及质量评估研究[D]. 周广浩.吉林大学 2018
[2]TDOA被动定位关键技术研究与应用[D]. 万鹏武.西安电子科技大学 2018
[3]切向聚磁式永磁同步轮毂电机磁特性及热特性研究[D]. 梁培鑫.哈尔滨工业大学 2018
[4]轮毂电机转矩优化方法研究[D]. 彭思仑.吉林大学 2014
[5]轮毂电机驱动电动汽车的电制动特性研究[D]. 杨宇.吉林大学 2013
硕士论文
[1]基于FreeRTOS实时系统的电火花线切割电源设计与实现[D]. 吕小川.山东大学 2017
[2]基于TOA方案的超宽带室内定位技术研究[D]. 许佩佩.东南大学 2016
[3]面向物联网的室内短距离环境UWB信号多径传播特性研究[D]. 殷福荣.南京邮电大学 2015
[4]恒温晶振OCXO自适应驯服保持技术研究[D]. 马彦青.西安电子科技大学 2011
[5]Kalman滤波理论及其在通信与信号处理中的应用[D]. 邱凤云.山东大学 2008
本文编号：3697619
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/ruanjiangongchenglunwen/3697619.html
