基于RS232角度傳感器的軟件設(shè)計開題報告

1、西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告題目：基于RS232角度傳感器的軟件設(shè)計系 別 電子信息 專 業(yè) 通信工程 班 級 B 姓 名 贠鴿 學(xué) 號 B 導(dǎo) 師 秦剛 2012年12月26 日一、題目背景和意義 角度傳感器的姿態(tài)測量在國防、航空、航天航海以及工業(yè)控制等各個方面都有著重要的作用。在國防試驗(yàn)中導(dǎo)彈的飛行姿態(tài)，航空航天對衛(wèi)星和火箭姿態(tài)的測量，工業(yè)控制中對機(jī)器、產(chǎn)品的精確控制，都離不開姿態(tài)的精確測量。隨著姿態(tài)測量系統(tǒng)的不斷完善和發(fā)展，空間信息的快速獲取和自動化控制是空間信息獲取技術(shù)的核心，對目標(biāo)的姿態(tài)測量成為了航空、航天、航海等領(lǐng)域一直研究的問題。而載體的姿態(tài)信息是操作、控

2、制系統(tǒng)和實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能所必須的條件。常用的載體有飛行器、衛(wèi)星、船舶、機(jī)器人、汽車、列車、導(dǎo)彈、火炮、坦克、艦船、潛艇直至航天飛機(jī)等。為了完成其特殊使命，不但要準(zhǔn)確的知道其運(yùn)動的方向，其運(yùn)動的姿態(tài)也是必須知道的。因此，對姿態(tài)傳感器測量系統(tǒng)的研究是一件非常有意義的工作。在車輛控制中，車體姿態(tài)是其重要參數(shù)，姿態(tài)信息的準(zhǔn)確獲得對車輛的控制有著至關(guān)重要的作用，其測量方法、測量精度與測量系統(tǒng)的性能和成本密切相關(guān)。在海洋的測量設(shè)備中，姿態(tài)傳感器是為測量船體或水中拖體的動態(tài)變化而設(shè)計，可以測量載體的左右搖擺和前后顛簸狀態(tài)因而需要設(shè)計一款精度高，體積小，工作可靠，操作簡便的姿態(tài)測量系統(tǒng)，完成對測量目標(biāo)俯仰角、橫滾

3、角、方向角的實(shí)時測量。二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前國外應(yīng)用與姿態(tài)角的測量方法有很多種。根據(jù)測量精度和實(shí)時響應(yīng)速度的不同，主要有機(jī)械式和電子式，捷聯(lián)式的姿態(tài)測量系統(tǒng)也在飛機(jī)、艦船、車輛、石油平臺鉆井以及機(jī)器人控制方面有著廣泛的應(yīng)用。美國的Gibbs&Associates公司設(shè)計生產(chǎn)的多種電子數(shù)字羅盤已經(jīng)應(yīng)用于GM、FORD和CHRYSLER公司的汽車導(dǎo)航上。Honeywell公司生產(chǎn)的芯片級 (HMC) 磁阻傳感器和產(chǎn)品級(HMR) 磁阻傳感器模塊已經(jīng)有相當(dāng)成熟的產(chǎn)品。如HMR3300系列，其航向精度一般在0.5度，俯仰角和橫滾角精度為0.2度，更新速率20Hz，價格近萬元。國內(nèi)星網(wǎng)迅達(dá)公司生產(chǎn)的XW

4、-EC系列三維電子羅盤，內(nèi)嵌了溫度傳感器和溫度補(bǔ)償算法，具備了HMR3300系列同樣的精度，價格相對較低。另外，國內(nèi)一些大學(xué)如西北工業(yè)大學(xué)、南京航空航天大學(xué)等也在這方面取得了一些成果。三、研究的主要內(nèi)容針對系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能，研究姿態(tài)傳感器系統(tǒng)的組成，確定系統(tǒng)的總體框架結(jié)構(gòu)。根據(jù)單片機(jī)MC9S12XS12芯片并運(yùn)用C語言進(jìn)行軟件設(shè)計，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能設(shè)計。四、研究方法1. 具體研究方案a. 分析常用的姿態(tài)傳感器技術(shù)，總結(jié)其優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合本系統(tǒng)的實(shí)際需要選用慣性傳感器系統(tǒng)，芯片選用并通過實(shí)驗(yàn)對其可行性進(jìn)行了驗(yàn)證；b. 完善軟件系統(tǒng)設(shè)計思路的細(xì)節(jié)，主要學(xué)習(xí)研究主要實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)，算法的實(shí)現(xiàn)，以及驅(qū)

5、動底層設(shè)備的任務(wù)；c. 通過對各種軟件設(shè)計方法的研究，采用模塊化編程思想，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用C語言完成系統(tǒng)軟件的設(shè)計；d. 對姿態(tài)傳感器整體的調(diào)試，提高軟硬件工作的可靠穩(wěn)定性，并對運(yùn)行的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，檢驗(yàn)該系統(tǒng)的性能是否達(dá)到設(shè)計的要求；e. 總結(jié)系統(tǒng)設(shè)計中存在的缺陷和不足，提出改進(jìn)思路。2. 姿態(tài)傳感器硬件系統(tǒng)方框圖如圖1所示。圖1 姿態(tài)傳感器硬件系統(tǒng)方框圖姿態(tài)角傳感器的硬件，主要是以單片機(jī)為處理為核心兩個傾角傳感器共同完成數(shù)據(jù)采集及處理并通過RS232將整個處理結(jié)果上位機(jī)。 3. 軟件設(shè)計方案一個好的硬件平臺只有搭配了好的軟件才可以發(fā)揮出它應(yīng)有的功效。因此，軟件的設(shè)計方法就顯得十分的重要，這在很

6、大程度上取決于系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)是否合理，方法是否得當(dāng)。在軟件的編程過程當(dāng)中，通常用到四種方法：過程化、模塊化結(jié)構(gòu)化、面向?qū)ο笠约懊嫦蛑悄荏w的編程方法。比較以上四種編程方法，并結(jié)合考慮智能車系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計中采用了模塊編程方法。這種模塊編程方法是將一個相對比較復(fù)雜的系統(tǒng)分解為若干個小程序來處理，各個小程序之間有著緊密的關(guān)聯(lián)，這樣的處理在一定程序上簡化了編寫過程。姿態(tài)傳感器軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖2所示。 圖2 軟件設(shè)計結(jié)構(gòu) 本課題軟件設(shè)計由以下幾個模塊組成：a. 初始化模塊：在這個模塊中主要是對單傾角傳感器以及MC9S12X128芯片各端口的初始化，串口通信的初始化等。b. 數(shù)據(jù)采集處理模塊:在這個模塊中

7、，運(yùn)用單片機(jī)I/O口模擬SPI時序采集兩個傾角傳感器的數(shù)據(jù)，角度數(shù)據(jù)的濾波程序、角度數(shù)據(jù)的溫度補(bǔ)償程序等。c. 總線通信模塊：該模塊包含一個接收中斷，該模塊主要完成配置主控制器通信模塊的收發(fā)模式，解析數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)功能。d. 數(shù)據(jù)存儲模塊：該模塊主要完成存儲系統(tǒng)正常運(yùn)行時所需要的重要數(shù)據(jù)包括向存儲器寫數(shù)據(jù)，從存儲器讀數(shù)據(jù)等功能。五、研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)1. 軟件系統(tǒng)的重點(diǎn)在這個姿態(tài)傳感器系統(tǒng)中，軟件補(bǔ)償是一個重點(diǎn)，由于車體工作時速度較快，抖動厲害，通過軟件補(bǔ)償提高測量精度能夠使控制系統(tǒng)更好的采取相應(yīng)的措施以保證整個車體平穩(wěn)不會發(fā)生傾覆。2. 軟件系統(tǒng)的難點(diǎn)在軟件運(yùn)行系統(tǒng)中各個模塊算法運(yùn)行的優(yōu)先級別

8、以及整個程序優(yōu)化都將是一個難點(diǎn)，需要大量的工作對軟件系統(tǒng)的設(shè)計、實(shí)驗(yàn)和改進(jìn)。六、針對課題的研究，前期已開展的工作(1)查找搜集需要使用的各類傳感器控制的有關(guān)資料，學(xué)習(xí)掌握單片機(jī)功能接口技術(shù)的應(yīng)用。(2)查閱姿態(tài)傳感器技術(shù)相關(guān)的書籍，了解其工作原理。(3)根據(jù)控制要求初步確定研究方案。 七、設(shè)計的基本要求及進(jìn)度安排(1)1718周，前期準(zhǔn)備工作，完成畢業(yè)設(shè)計所需資料的收集。 (2)1819周，完成開題報告撰寫并進(jìn)行開題答辯。(3)19新學(xué)期3周，完成整體方案設(shè)計及程序設(shè)計。 (4)45周，撰寫中期報告，進(jìn)行中期答辯。(5)611周，將整個系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試及整合進(jìn)行演示，并撰寫畢業(yè)論文。(6)1213

9、周，準(zhǔn)備終期答辯。 指導(dǎo)教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見） 指導(dǎo)教師： 年 月 日 所在系審查意見： 系主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日參 考 文 獻(xiàn)1 樓順天,周佳社.微機(jī)原理與接口技術(shù)M.北京:科學(xué)出版社,2006.2 何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2005.3 戴梅萼,史嘉權(quán)等.微型計算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用(第三版)M.北京:清華大學(xué)出版社,2005.4 譚浩強(qiáng).C語言程序設(shè)計(第三版)M.北京:清華大學(xué)出版社,2005年07月.5 李朝清.單片機(jī)原理及接口技術(shù)M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1998.6 李勛.單片機(jī)應(yīng)用實(shí)例M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,20

10、00.7 蔡皓東.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)M.北京:科學(xué)出版社,2004.8 李偉.小型微型計算機(jī)系統(tǒng)M.北京:清華大學(xué)出版社,2004.9 宋君烈.倒立擺系統(tǒng)的Lagrange方程建模與模糊控制J.東北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2002.10 毛強(qiáng).基于MEMS技術(shù)的傾角傳感器的研制.計算機(jī)測量與控制,2006.11 Parkin R E. Applied robotiv analysisM.Cliff: Prentice Hall Englewood, 1991.12 AMEHelp7.0a:AMESim on-line documentationEB.France:IMAGINE S A,2007.8.13 周繼明.傳感器技術(shù)與應(yīng)用M.長沙:中南大學(xué)出版社,2005.14 清華Motorola單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)研究中心.HCS1