惯性数据采集系统设计及其在电梯运动检测中的应用

发布时间：2017-09-21 04:21

  本文关键词：惯性数据采集系统设计及其在电梯运动检测中的应用

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【摘要】：随着我国经济的发展,高层建筑不断增加,电梯日渐成为建筑行业电器安装工程中的一项重要工程,电梯的安全检测也变得越来越重要。然而在电梯电气部分发生故障后,由于电气控制部分的控制信号是一种看不见摸不着的电信号,这给电梯维修人员增加了不小的维修难度,因此可以利用电梯的运行曲线来判断电梯的故障。针对传统数据采集系统处理性能差、功耗显著、难于扩展以及数据精度低等缺点,本文系统采用STM32作为主控制器、MPU6000作为惯性传感器、SD卡作为数据存储单元、红外遥控、LCD显示通过它们的结构组合设计了一种价格低、易于扩展、数据精度相对较高的MEMS惯性传感器的数据采集存储系统,并将其运用到电梯加速度的采集中,用于电梯运动检测分析。本文主要工作包括:第一、基于主控制器STM32、MEMS惯性加速度传感器MPU6000进行惯性数据采集系统的硬件和软件设计,其中采用MEMS惯性加速度传感器MPU6000作为数据采集部分的核心模块,集成度高,体积小,精度更高。第二、研究滑动平均滤波、中值滤波、卡尔曼滤波三种方法的工作原理与优缺点,结合电梯加速度数据进行分析比较,在本系统中最终使用卡尔曼滤波,并且根据实测的加速度数据分析卡尔曼参数,选择最合适的卡尔曼参数值。第三、将惯性数据采集系统应用到电梯运动检测中,在上位机软件中对电梯加速度数据进行积分与滤波,通过得到的曲线进行数据分析并根据实际情况进行简单的故障判断。在实际电梯测试中发现,系统处理速度快,测量数据精度高,测量曲线从零速开始启动,最终回归到零,曲线平滑完整。采集数据全部存入SD卡中,为后续的安全分析提供了重要的数据来源。在上位机进行分析时,卡尔曼滤波与其他滤波相比,在人为加入外界振动后,能够明显的捕捉到并反映在速度曲线上,动态特性良好。
【关键词】：惯性数据 数据采集 卡尔曼滤波 故障分析
【学位授予单位】：上海师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU857;TP274.2
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 第1章 绪论7-10
• 1.1 电梯测速研究现状7-8
• 1.2 电梯测速技术发展趋势8-9
• 1.3 本课题主要工作9-10
• 第2章 惯性数据采集系统总体设计方案10-13
• 2.1 系统框架设计10
• 2.2 硬件设计方案的选择10-12
• 2.2.1 主控制器的选择10-11
• 2.2.2 惯性传感器的选择11-12
• 2.3 上位机设计方案12
• 2.4 本章小结12-13
• 第3章 惯性数据采集系统设计13-29
• 3.1 主控制器模块设计13-20
• 3.1.1 主控制器内核及电源电路设计13
• 3.1.2 STM32与其他外设的通信技术13-17
• 3.1.3 主控制器内核及片上外设软件设计17-20
• 3.2 惯性传感器模块设计20-22
• 3.2.1 惯性传感器MPU6000硬件电路设计20-21
• 3.2.2 MPU6000与STM32的接口技术21-22
• 3.3 存储模块设计22-26
• 3.3.1 SD卡硬件电路设计22
• 3.3.2 SD卡与STM32的接口技术22-26
• 3.4 红外通信和机械按键模块26-27
• 3.4.1 红外通信和机械按键硬件电路设计26
• 3.4.2 红外遥控软件设计26-27
• 3.5 显示模块27-28
• 3.6 上位机模块28
• 3.7 本章小结28-29
• 第4章 电梯运动数据处理29-51
• 4.1 电梯速度曲线29-31
• 4.1.1 电梯速度曲线的介绍29-30
• 4.1.2 电梯运行曲线在电梯故障中的应用30-31
• 4.2 电梯加速度数值积分31-35
• 4.3 数据误差补偿和滤波35-47
• 4.3.1 静态误差补偿36-37
• 4.3.2 动态误差滤波37-47
• 4.4 电梯测试数据在不同滤波方式的分析比较47-50
• 4.4.1 静态分析47-49
• 4.4.2 动态分析49
• 4.4.3 结果分析49-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第5章 系统测试实验结果分析51-56
• 5.1 低速抛物线-直线速度曲线型电梯测试51-53
• 5.1.1 系统测试结果51-52
• 5.1.2 测试结果分析52-53
• 5.2 中速抛物线-直线速度曲线型电梯测试53-55
• 5.2.1 系统测试结果53-54
• 5.2.2 测试结果分析54-55
• 5.3 本章小结55-56
• 第6章 总结与展望56-57
• 6.1 总结56
• 6.2 本文不足和研究展望56-57
• 参考文献57-59
• 攻读学位期间取得的研究成果59-60
• 致谢60-61

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本文编号：892340