基于ZigBee的超声波三维坐标测量系统研究
发布时间：2021-08-14 17:53
三维坐标测量技术在现代仪器仪表工业和机械工业中有着重要的应用。目前已大量存在的三维坐标测量系统普遍存在成本高、便携性及可拓展性差等问题。针对这种情况,本文提出一种基于Zig Bee的超声波三维坐标测量系统,系统包括硬件设计部分、软件和算法部分以及实验研究部分。首先,对系统进行了硬件设计,其具体内容为:1)测距电路模块,包括超声波发射电路、超声波接收电路、温度补偿电路、电源电路等;2)Zig Bee数据传输模块,包括基于CC2530射频单片机的路由器节点和终端节点的设计;3)测试平台部分,设计开发了一个孔板式实验平台。然后对系统进行了软件设计,分别建立了基于鱼群算法和粒子群算法的三维坐标反演模型,并对其在MATLAB中进行了仿真,验证了其可行性。仿真结果表明,在超声波传感器的可测范围（0.25-3.5）m内,两组模型理论值仿真结果误差均小于0.1mm,在添加幅值为6mm的随机噪声后,两组模型反演误差均有所增大,鱼群算法误差在12mm以内,粒子群算法在10mm以内。在本文所述的三维坐标测量问题上,基于粒子群的三维坐标反演模型要优于基于鱼群算法的三维坐标反演模型。最后,对系统进行了实验研究,...
【文章来源】：中国计量大学浙江省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 基于超声波的大尺寸测量方法国内外发展现状
1.3 论文研究的主要内容和意义
1.4 本章小结
2 系统测量原理及总体设计
2.1 超声波概述
2.1.1 超声波的物理特性
2.1.2 超声波传感器
2.2 超声波测量原理
2.2.1 测距方法简介
2.2.2 三维坐标估计算法简介
2.3 系统总体设计方案
2.4 本章小结
3 系统模块设计
3.1 测距模块
3.1.1 测距方法分析
3.1.2 发射电路设计
3.1.3 接收电路设计
3.1.4 温度补偿电路设计
3.1.5 电源电路设计
3.1.6 PCB设计及抗干扰处理
3.2 ZIgBee数据处理模块设计
3.2.1 ZigBee技术特点
3.2.2 CC2530射频模块设计
3.2.3 CC2530底板模块设计
3.2.4 协调器节点的软件设计
3.2.5 路由器节点的软件设计
3.3 测试台设计
3.4 本章小结
4 三维坐标反演算法数值仿真分析
4.1 目标函数
4.2 人工鱼群算法反演模型
4.2.1 人工鱼群算法描述
4.2.2 人工鱼群算法数值仿真
4.3 粒子群算法反演模型
4.3.1 粒子群算法描述
4.3.2 粒子群算法数值仿真
4.4 本章小结
5 系统实验及实验结果分析
5.1 三维坐标测量系统实验方案
5.2 测距实验
5.2.1 收发端距离不同时测量结果及误差分析
5.2.2 收发端角度不同时测量结果
5.3 测距误差补偿
5.3.1 距离误差补偿
5.3.2 相对角度引起的测距误差补偿
5.4 三维坐标测量实验
5.4.1 鱼群算法及粒子群算法坐标估计模型测量结果及误差分析
5.4.2 误差补偿后鱼群算法和粒子群算法估计模型测量结果及误差分析
5.4.3 坐标估计模型精度分析
5.5 本章小结
6 结论
6.1 本文研究总结
6.2 超声波三维坐标测量系统展望
参考文献
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于超声波定位的智能跟随小车[J]. 蔡磊,周亭亭,郭云鹏,陈素芳,吴汉帮. 电子测量技术. 2013(11)
[2]一种基于手机令牌和NFC技术的身份认证系统[J]. 王鹃,唐西铭,王勇,严飞,马骏,徐晶,孙庆鑫. 武汉大学学报(理学版). 2013(05)
[3]基于CC2530的ZigBee无线城市路灯控制系统的设计[J]. 蒋建平,陈辉. 测控技术. 2012(09)
[4]基于坦克对战系统的超声波定位技术改进[J]. 李鑫儒. 天津理工大学学报. 2012(03)
[5]基于MDS和SDP的分布式节点定位算法[J]. 田华,丁英强,杨守义,穆晓敏. 电视技术. 2012(09)
[6]基于超声波的移动机器人多目标探测定位方法[J]. 王国富,高峰,杨新红,崔莹. 北京航空航天大学学报. 2011(12)
[7]基于ARM-WinCE5.0的嵌入式Wi-Fi商品快速定位系统[J]. 何剑锋,刘雄,黄建仁. 自动化与仪表. 2010(02)
[8]基于红外漫射模型的污染物检测无线网络系统[J]. 李斐,张以谟. 计算机测量与控制. 2009(02)
[9]基于蓝牙技术的无线数据采集系统设计[J]. 任小洪,傅成华,胡科. 测控技术. 2009(01)
[10]一种新的超声波绝对定位方法[J]. 蒋林,闫继宏,臧希喆,赵杰. 吉林大学学报(工学版). 2009(01)
博士论文
[1]数字近景工业摄影测量关键技术研究与应用[D]. 黄桂平.天津大学 2005
[2]一种新型的智能优化方法-人工鱼群算法[D]. 李晓磊.浙江大学 2003
硕士论文
[1]基于简化粒子群优化的无线传感网络节点定位算法研究[D]. 高传根.辽宁大学 2013
[2]超声波室内定位系统[D]. 苑宝玉.长春理工大学 2010
[3]基于ZigBee的无线抄表系统及标准制定方法的研究[D]. 安庆敏.浙江大学 2008
本文编号：3342918
【文章来源】：中国计量大学浙江省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 基于超声波的大尺寸测量方法国内外发展现状
1.3 论文研究的主要内容和意义
1.4 本章小结
2 系统测量原理及总体设计
2.1 超声波概述
2.1.1 超声波的物理特性
2.1.2 超声波传感器
2.2 超声波测量原理
2.2.1 测距方法简介
2.2.2 三维坐标估计算法简介
2.3 系统总体设计方案
2.4 本章小结
3 系统模块设计
3.1 测距模块
3.1.1 测距方法分析
3.1.2 发射电路设计
3.1.3 接收电路设计
3.1.4 温度补偿电路设计
3.1.5 电源电路设计
3.1.6 PCB设计及抗干扰处理
3.2 ZIgBee数据处理模块设计
3.2.1 ZigBee技术特点
3.2.2 CC2530射频模块设计
3.2.3 CC2530底板模块设计
3.2.4 协调器节点的软件设计
3.2.5 路由器节点的软件设计
3.3 测试台设计
3.4 本章小结
4 三维坐标反演算法数值仿真分析
4.1 目标函数
4.2 人工鱼群算法反演模型
4.2.1 人工鱼群算法描述
4.2.2 人工鱼群算法数值仿真
4.3 粒子群算法反演模型
4.3.1 粒子群算法描述
4.3.2 粒子群算法数值仿真
4.4 本章小结
5 系统实验及实验结果分析
5.1 三维坐标测量系统实验方案
5.2 测距实验
5.2.1 收发端距离不同时测量结果及误差分析
5.2.2 收发端角度不同时测量结果
5.3 测距误差补偿
5.3.1 距离误差补偿
5.3.2 相对角度引起的测距误差补偿
5.4 三维坐标测量实验
5.4.1 鱼群算法及粒子群算法坐标估计模型测量结果及误差分析
5.4.2 误差补偿后鱼群算法和粒子群算法估计模型测量结果及误差分析
5.4.3 坐标估计模型精度分析
5.5 本章小结
6 结论
6.1 本文研究总结
6.2 超声波三维坐标测量系统展望
参考文献
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于超声波定位的智能跟随小车[J]. 蔡磊,周亭亭,郭云鹏,陈素芳,吴汉帮. 电子测量技术. 2013(11)
[2]一种基于手机令牌和NFC技术的身份认证系统[J]. 王鹃,唐西铭,王勇,严飞,马骏,徐晶,孙庆鑫. 武汉大学学报(理学版). 2013(05)
[3]基于CC2530的ZigBee无线城市路灯控制系统的设计[J]. 蒋建平,陈辉. 测控技术. 2012(09)
[4]基于坦克对战系统的超声波定位技术改进[J]. 李鑫儒. 天津理工大学学报. 2012(03)
[5]基于MDS和SDP的分布式节点定位算法[J]. 田华,丁英强,杨守义,穆晓敏. 电视技术. 2012(09)
[6]基于超声波的移动机器人多目标探测定位方法[J]. 王国富,高峰,杨新红,崔莹. 北京航空航天大学学报. 2011(12)
[7]基于ARM-WinCE5.0的嵌入式Wi-Fi商品快速定位系统[J]. 何剑锋,刘雄,黄建仁. 自动化与仪表. 2010(02)
[8]基于红外漫射模型的污染物检测无线网络系统[J]. 李斐,张以谟. 计算机测量与控制. 2009(02)
[9]基于蓝牙技术的无线数据采集系统设计[J]. 任小洪,傅成华,胡科. 测控技术. 2009(01)
[10]一种新的超声波绝对定位方法[J]. 蒋林,闫继宏,臧希喆,赵杰. 吉林大学学报(工学版). 2009(01)
博士论文
[1]数字近景工业摄影测量关键技术研究与应用[D]. 黄桂平.天津大学 2005
[2]一种新型的智能优化方法-人工鱼群算法[D]. 李晓磊.浙江大学 2003
硕士论文
[1]基于简化粒子群优化的无线传感网络节点定位算法研究[D]. 高传根.辽宁大学 2013
[2]超声波室内定位系统[D]. 苑宝玉.长春理工大学 2010
[3]基于ZigBee的无线抄表系统及标准制定方法的研究[D]. 安庆敏.浙江大学 2008
本文编号：3342918
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