基于MEMS传感器阵列式运动信息获取系统的设计

发布时间：2017-04-14 03:01

  本文关键词：基于MEMS传感器阵列式运动信息获取系统的设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,物体运动姿态测量、运动轨迹检测在军用领域和民用领域有着普遍的应用。由于极大降低导航系统成本、功耗和体积,MEMS惯性器件克服了GPS和图像视觉技术复杂的外部条件,而且MEMS惯性器件具有独立性和自主性、不受其他任何设备的影响的优点。运动信息的获取包括加速度和角速度,例如弹道检测、炮管振动检测、人体动作识别,我们往往需要多个节点、并且较长时间的信息量,因此如何完成阵列式传感器数据的传输和保存是本文主要研究的问题。在获取运动信息后,对阵列式传感器运动信息解算原理的研究和对传感器的误差标定是本文研究的另一个内容。针对复杂的物体运动状态检测,本文提出一种能够同时满足阵列式、小体积、长时间、大容量的物体运动检测系统的设计。本系统可同时采集32个节点运动信息,可以获取物体长时间完整的运动参数,同时通过基于FPGA的SOPC(片上系统)控制NAND FLASH存储阵列,以实现小体积、大容量的嵌入式数据存储系统。本文中的微惯性组合选取MPU6050,通过分析微惯性测量组合的误差模型,对微惯性测量组合在不同姿态下的测试结果进行椭球拟合,快速得到全部标定参数,进而求得传感器的零位、灵敏度、非正交误差角对MIMU的输出进行补偿。该方式能在没有精密标定仪器的条件下现场标定,操作简便、快速。将阵列式传感器贴在身体的不同位置,在跑步状态下进行信息采集,发现不同位置的加速度值和角速度值的变化是不一样的,从而验证了传感器阵列式运动信息获取系统的可行性。
【关键词】：MEMS 阵列式 存储模块 误差标定
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势10-14
• 1.2.1 MEMS技术发展现状及发展趋势10-11
• 1.2.2 运动检测系统研究现状11-12
• 1.2.3 存储技术研究现状12-14
• 1.3 论文主要研究内容及章节安排14-16
• 2 阵列式MEMS传感器运动信息解算原理16-24
• 2.1 惯性测量系统工作原理16
• 2.2 坐标系及其转换关系16-18
• 2.2.1 坐标系定义16-17
• 2.2.2 坐标系转换17-18
• 2.3 姿态矩阵的即时修正算法18-21
• 2.3.1 四元数法18-21
• 2.3.2 初始姿态角的确定21
• 2.4 空间运动轨迹模型建立21-23
• 2.4.1 积分算法21-22
• 2.4.2 坐标转换与重力加速度滤除22-23
• 2.5 本章小结23-24
• 3 阵列式姿态信息获取系统的构建24-38
• 3.1 系统总体构思24-27
• 3.1.1 采集存储系统整体设计24
• 3.1.2 基于SOPC的嵌入式系统设计24-27
• 3.2 MEMS传感器阵列设计27-30
• 3.2.1 惯性传感器的选型27-28
• 3.2.2 32路MEMS阵列节点的设计28-30
• 3.3 存储速度与数据FIFO的构建30-32
• 3.4 32路阵列式传感器数据的传输32-34
• 3.5 系统软件设计34-37
• 3.5.1 软件总体设计34
• 3.5.2 USB读写逻辑设计34-37
• 3.6 本章小结37-38
• 4 传感器误差分析与补偿38-50
• 4.1 MIMU传感器误差模型38-40
• 4.2 基于椭球拟合法的传感器误差校准40-43
• 4.3 传感器标定实验43-44
• 4.4 小波变换降噪分析44-49
• 4.4.1 小波去噪基本原理的研究45-47
• 4.4.2 传感器降噪试验47-49
• 4.5 本章小结49-50
• 5 系统测试结果与分析50-56
• 5.1 PC机端上位机技术50-52
• 5.2 FLASH数据管理分析52
• 5.3 阵列式系统可靠性分析52-56
• 6 结束语56-58
• 参考文献58-62
• 攻读硕士期间发表的论文62-63
• 致谢63-64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘兴川;张盛;李丽哲;林孝康;;基于四元数的MARG传感器姿态测量算法[J];清华大学学报(自然科学版);2012年05期

2 同晓荣;;异步FIFO设计[J];河南科学;2012年01期

3 李鹏飞;肖金壮;王洪瑞;;马运动轨迹复现方法及其应用研究[J];微型机与应用;2011年21期

4 陈建新;卜翔;王荣;刘杰;章韵;金仙力;;基于MEMS加速度的三维无线鼠标设计与实现[J];无线互联科技;2011年08期

5 朱国忠;韦彩虹;潘敏;;基于三维加速度传感器的人体运动能耗检测算法的研究[J];传感技术学报;2011年08期

6 李晓丹;肖明;曾莉;;人体动作捕捉技术综述以及一种新的动作捕捉方案陈述[J];中国西部科技;2011年15期

7 蒲南江;张丕状;张娟娟;高磊;胡洋;;大容量高速数据存储与地址管理方法[J];计算机测量与控制;2011年05期

8 崔敏;马铁华;段精婧;范锦彪;;基于磁强计和陀螺的弹箭飞行姿态测试方法[J];弹箭与制导学报;2010年06期

9 郭访社;于云峰;刘书盼;仝浩;郝福建;;捷联惯性导航系统姿态算法研究[J];航天控制;2010年01期

10 曹玉珍;蔡伟超;程e

本文编号：305035