防抖裝置軟件設(shè)計(jì)30

1、分類(lèi)號(hào)：TH772+.2 U D C：D10621-408-（2016）0723-0密 級(jí)：公 開(kāi) 公開(kāi)編號(hào)：2012023047 成都信息工程大學(xué)學(xué)位論文 防抖裝置軟件設(shè)計(jì) 論文作者姓名：張胡培申請(qǐng)學(xué)位專(zhuān)業(yè)：生物醫(yī)學(xué)工程申請(qǐng)學(xué)位類(lèi)別：工學(xué)學(xué)士指導(dǎo)教師姓名（職稱(chēng)）：彭靜（副教授）論文提交日期：2016年5月24日 獨(dú) 創(chuàng) 性 聲 明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得成都信息工程大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所

2、做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示謝意。簽名： 日期： 2016年 5 月 27 日關(guān)于論文使用授權(quán)的說(shuō)明本學(xué)位論文作者完全了解成都信息工程大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤(pán)，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)成都信息工程大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）簽名： 日期： 2016年 5 月 27 日防抖裝置軟件設(shè)計(jì)摘要隨著醫(yī)療、電子科學(xué)技術(shù)、機(jī)械制造技術(shù)和軟件技術(shù)等不斷的發(fā)展，通過(guò)醫(yī)學(xué)與工學(xué)學(xué)科的相互結(jié)合，研究醫(yī)學(xué)上的一些

3、疾病癥狀，結(jié)合當(dāng)前電子科學(xué)、軟件等工學(xué)方面的技術(shù)來(lái)研究并分析病癥，并著力于去減輕病癥對(duì)患者所帶來(lái)的困擾已經(jīng)越來(lái)越受到關(guān)注1。本設(shè)計(jì)通過(guò)研究帕金森病癥的特發(fā)性震顫為背景，軟件的方式分析模擬的帕金森病癥特發(fā)性震顫特性，利用主動(dòng)降噪技術(shù)為指導(dǎo)思想結(jié)合相關(guān)濾波算法去削弱模擬的震顫。首先對(duì)模擬的帕金森病癥的裝置特性的研究以及建模，完成了stm32f103rb處理器對(duì)MPU6050 6軸運(yùn)動(dòng)處理組件對(duì)模擬的震顫裝置的Z軸加速度和Y軸角速度的數(shù)據(jù)獲取。結(jié)合姿態(tài)融合算法對(duì)獲取的6軸數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，獲取姿態(tài)信息。并通過(guò)MATLAB軟件對(duì)模擬的震顫裝置的Z軸加速度和Y軸角速度以及航偏角多組數(shù)據(jù)的時(shí)域和頻域上的分

4、析，同時(shí)對(duì)響應(yīng)的數(shù)據(jù)做濾波處理，觀察其特性。通過(guò)主控芯片stm32f103rb對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制，對(duì)電機(jī)相關(guān)具體參數(shù)進(jìn)行確定。結(jié)合分析的數(shù)據(jù)和的電機(jī)參數(shù)特性，通過(guò)重復(fù)不斷的調(diào)試完成電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率和震顫頻率相互抵消。本設(shè)計(jì)同時(shí)針對(duì)模擬的帕金森抖動(dòng)裝置進(jìn)行防抖裝置軟件編寫(xiě)，進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。測(cè)試表明：所設(shè)計(jì)的防抖軟件能夠減輕裝置的抖動(dòng)，對(duì)減弱震顫狀況有一定的作用，對(duì)后續(xù)進(jìn)一步的應(yīng)用具有參考意義。關(guān)鍵字：帕金森病，MPU6050傳感器，主動(dòng)降噪技術(shù)Software Design of the Stabilization Mechanism ABSTRACTWith the continuous develop

5、ment of medical, electronic science technology, mechanical manufacturing technology software technology, through mutual combination of medicine and engineering disciplines to study some of the symptoms of the disease medically, with the current technology of electronic science, software engineering

6、aspects to study and analysis of disease, and focus on the patient to relieve symptoms caused by problems has received increasing attention.The design by studying Parkinson's disease tremor as the background, and a software-based simulation analysis of Parkinson's disease tremor characterist

7、ics, and active noise reduction technology as the guiding ideology with related analog filtering algorithm to undermine tremor . First, by means of the characteristics of Parkinson's disease as well as simulation modeling studies completed stm32f103rb processor MPU6050 6-axis motion processing c

8、omponent of the Z-axis acceleration simulation tremor means and the Y-axis angular velocity data acquisition. Combined with 6-axis attitude fusion algorithms for data acquisition of data fusion to obtain attitude information. And the time domain and frequency domain analysis by MATLAB software for t

9、he Z-axis and Y-axis angular velocity and acceleration Air declination simulated tremor means multiple sets of data, while data on the response to make the filtering process, to observe its characteristics. Stm32f103rb by master chip stepper motor control of specific parameters related motor OK. Dat

10、a and motor parameters characteristic binding assays, by repeating continuously commissioning motor rotation frequency and frequency tremor cancel each other out.This design simultaneously for analog devices Parkinson shake image stabilization device software development, system FBI. Testing showed

11、that: the designed image stabilization software can reduce jitter means of weakening tremor condition has some effect, with reference for subsequent further applications. Keywords:Parkinson, MPU6050 sensors,Active noise reduction technologyI目 錄第一章 緒 論11.1 課題研究背景及意義11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3 論文內(nèi)容和結(jié)構(gòu)2第二章 防抖裝置整體

12、方案設(shè)計(jì)42.1 防抖裝置硬件結(jié)構(gòu)42.2 傳感器和步進(jìn)電機(jī)52.2.1 傳感器介紹52.2.2 步進(jìn)電機(jī)介紹6第三章 防抖裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和數(shù)據(jù)處理方法73.1 防抖裝置模型分析73.2 濾波算法93.2.1 限幅濾波93.2.2 滑動(dòng)平均濾波93.3 快速傅里葉變換10第四章 防抖裝置的軟件設(shè)計(jì)114.1 防抖裝置軟件設(shè)計(jì)的工作原理114.2 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境114.3 軟件開(kāi)發(fā)流程124.4 程序源碼的介紹134.4.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)134.4.2 數(shù)據(jù)采集模塊的程序144.4.3 主控模塊程序154.4.4 滑動(dòng)濾波程序15第五章 結(jié)果和分析175.1 系統(tǒng)調(diào)試175.2 數(shù)據(jù)分析19第六章

13、總結(jié)和展望22參考文獻(xiàn)23致 謝24I第1章 緒 論本章介紹了對(duì)本課題的研究背景和意義，以及目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)帕金森病癥靜止性顫抖的防抖技術(shù)研究現(xiàn)狀，對(duì)于目前研究現(xiàn)狀從中確定了本課題的研究方向以及研究?jī)?nèi)容，并且在此介紹了本文的總體結(jié)構(gòu)和章節(jié)的安排。1.1 課題研究背景及意義帕金森病癥作為當(dāng)今社會(huì)中最常見(jiàn)的神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病之一，主要出現(xiàn)在老年人群中，發(fā)病年齡大多在60歲左右。我國(guó)65歲以上老年人群帕金森病癥的患病率占總?cè)巳褐械?.7%。最常見(jiàn)的癥狀為一側(cè)肢體出現(xiàn)震顫或肢體活動(dòng)笨拙，并累及對(duì)側(cè)肢體。在臨床上主要表現(xiàn)癥狀為靜止性震顫、運(yùn)動(dòng)遲緩、肌強(qiáng)直和姿勢(shì)步態(tài)障礙。帕金森病癥最為突出癥狀是出現(xiàn)46hz的

14、靜止性震顫，雙手會(huì)不自主顫動(dòng)從而無(wú)法拿穩(wěn)物體。目前來(lái)說(shuō)通過(guò)醫(yī)學(xué)的治療手段只能改善癥狀，無(wú)法達(dá)到治愈疾病目的。帕金森病癥對(duì)病人帶來(lái)了許多起居上的不便，并且在進(jìn)食過(guò)程中手部稍微顫抖對(duì)進(jìn)食所帶來(lái)很多不便，對(duì)病人帶來(lái)了極大的困擾。本課題通過(guò)對(duì)模擬的帕金森病癥手部的震顫特性進(jìn)行研究，結(jié)合相關(guān)的電子科學(xué)技術(shù)和軟件編程進(jìn)行對(duì)模擬的單方向的震顫特性分析，并且根據(jù)防抖裝置硬件結(jié)構(gòu)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)軟件編程控制電機(jī)削弱模擬的震顫情況。達(dá)到對(duì)減弱帕金森病癥的震顫狀況分析和工程技術(shù)上的應(yīng)用具有一定的參考意義，對(duì)后續(xù)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)是極其重要的。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀防抖的概念最早是由日本尼康公司提出，防抖技術(shù)最早是主要應(yīng)用相機(jī)身上

15、，經(jīng)過(guò)不斷發(fā)展防抖機(jī)也應(yīng)用到了圖像處理、醫(yī)學(xué)、軍事等領(lǐng)域上，如國(guó)99G式主戰(zhàn)坦克上也應(yīng)用了該項(xiàng)技術(shù)。目前來(lái)說(shuō)主要分為三類(lèi)防抖技術(shù)：光學(xué)防抖、電子防抖、感光器防抖。光學(xué)防抖和電子防抖是目前市場(chǎng)上主要被應(yīng)用的防抖技術(shù)。光學(xué)防抖技術(shù)而言，主要是依靠鏡頭或CCD感光元件的結(jié)構(gòu)在一定程度上去降低設(shè)備使用過(guò)程中由于抖動(dòng)而造成影像不穩(wěn)定。原理主要是將感光元件固定在一個(gè)能上下左右移動(dòng)的支架上，并通過(guò)陀螺儀感應(yīng)到相機(jī)的抖動(dòng)方向及幅度，然后根據(jù)傳感器所獲取的大量數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理器進(jìn)行篩選、放大，從而計(jì)算出感光元件移動(dòng)量。電子防抖則是主要通過(guò)降低圖像的成像質(zhì)量來(lái)對(duì)抖動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)，這種技術(shù)通過(guò)在成像質(zhì)量和圖像的抖動(dòng)間

16、尋找一個(gè)平衡點(diǎn)。而另一種防抖機(jī)身防抖則是在機(jī)器中內(nèi)置一個(gè)震動(dòng)感知器，通過(guò)此感知器解析抖動(dòng)的幅度，從而解析抖動(dòng)幅度，進(jìn)而將感光組件向相反的方向移動(dòng)，從而達(dá)到抵消抖動(dòng)的作用2。針對(duì)于防抖技術(shù)在帕金森病癥上應(yīng)用，在最近幾年國(guó)外的Lift Labs公司推出了一款產(chǎn)品Liftware防抖勺，該產(chǎn)品可以解決5厘米內(nèi)的抖動(dòng)，可以很好的幫助病人進(jìn)食。而在國(guó)內(nèi)的深圳市臻絡(luò)科技有限公司也推出了一款智能防抖勺用于幫助患那些有特發(fā)性震顫和帕金森氏病的患者進(jìn)食。1.3 論文內(nèi)容和結(jié)構(gòu)本文介紹了根據(jù)防抖裝置硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)下所需要進(jìn)行的研究?jī)?nèi)容和本文的結(jié)構(gòu)，內(nèi)容如下：針對(duì)防抖裝置硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)上的分析以及相應(yīng)針對(duì)模型的

17、數(shù)學(xué)描述。通過(guò)對(duì)于防抖裝置的陀螺儀和加速度傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得到該數(shù)據(jù)的時(shí)域和頻域特性最終針對(duì)所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)達(dá)到抵消抖動(dòng)裝置產(chǎn)生的抖動(dòng)目的。文章結(jié)構(gòu)如下：第一章：緒論，本章介紹了防抖裝置軟件設(shè)計(jì)課題的背景以及研究的意義，目前國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀和課題的主要研究?jī)?nèi)容，并對(duì)防抖裝置軟件設(shè)計(jì)的介紹。第二章：防抖裝置整體方案設(shè)計(jì)，本章介紹了關(guān)于防抖裝置的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、以及所選數(shù)據(jù)采集的傳感器MPU6050和減小抖動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)。第三章：防抖裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和數(shù)據(jù)處理方法，介紹了防抖裝置硬件在運(yùn)動(dòng)學(xué)上的分析，基于這個(gè)分析結(jié)合防抖裝置的硬件結(jié)構(gòu)，介紹了

18、對(duì)于防抖裝置運(yùn)行時(shí)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的方法。第四章：防抖裝置軟件設(shè)計(jì)，本章主要介紹防抖裝置軟件設(shè)計(jì)的原理、在進(jìn)行軟件編寫(xiě)時(shí)所需要用到的開(kāi)發(fā)環(huán)境和防抖裝置軟件設(shè)計(jì)程序流程，最后介紹了相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序源碼。第五章：結(jié)果和分析，對(duì)在本課題研究時(shí)所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并得出最終結(jié)果。第六章：總結(jié)和展望，本章節(jié)總結(jié)課題研究的不足和研究的改善提出建議。第2章 防抖裝置整體方案設(shè)計(jì)2.1 防抖裝置硬件結(jié)構(gòu)本課題抖動(dòng)裝置的硬件結(jié)構(gòu)主要依據(jù)帕金森靜止性顫動(dòng)特性進(jìn)行的設(shè)計(jì)的，硬件主要由模擬的抖動(dòng)機(jī)械裝置、信號(hào)采集模塊、數(shù)據(jù)處理控制模塊及電機(jī)控制部分組成。模擬的帕金森靜止性顫動(dòng)機(jī)械裝置主要由ST12C5A60S

19、2、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和抖動(dòng)裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)組成。由ST12C5A60S2單片機(jī)IO口輸出PWM控制直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)板輸出一個(gè)程序可控的電壓值控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，在齒輪的機(jī)械分頻作用下，拉動(dòng)杠桿裝置產(chǎn)生一個(gè)46hz左右的抖動(dòng)頻率的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，在該裝置上安裝了一個(gè)激光頭以用來(lái)便于觀察防抖動(dòng)的效果。信號(hào)采集模塊主要采用了目前市面上針對(duì)運(yùn)動(dòng)測(cè)感游戲、電子穩(wěn)像等應(yīng)用的6軸運(yùn)動(dòng)處理組件MPU6050，對(duì)Z軸方向上的加速度和Y軸方向上的角速度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)處理控制模塊主要采用了德意法半導(dǎo)體公司針對(duì)嵌入式控制領(lǐng)域推出的STM32微控制器，該控制器主要采用了RAM公司所設(shè)計(jì)Cortex內(nèi)核，該控制器具有高成本、低成本、

20、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。電機(jī)控制部分主要由在二相四線步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板組成。防抖裝置硬件結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)框圖如圖2-1所示圖2-1防抖裝置的硬件系統(tǒng)框圖STC12C5A60S2微控制器產(chǎn)生一個(gè)程序可控的PWM信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)板產(chǎn)生一個(gè)固定的電壓值，并且可通過(guò)按鍵選擇不同的檔位來(lái)控制輸出不同的電壓值，該電壓值可以驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。但由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速過(guò)快則需要對(duì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率進(jìn)行分頻，對(duì)于電機(jī)的分頻則采用了在抖動(dòng)裝置機(jī)械系統(tǒng)中安裝多級(jí)的齒輪對(duì)電機(jī)進(jìn)行降速處理，由于齒輪和杠桿相連，在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)拉動(dòng)杠桿運(yùn)動(dòng)，當(dāng)杠桿運(yùn)動(dòng)時(shí)，微處理器啟動(dòng)MPU6050運(yùn)動(dòng)處理傳感器，傳感器通過(guò)I2C協(xié)議與微處理器進(jìn)行

21、通信，對(duì)杠桿的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)傳入至微控制器的RAM中，在本次課題中只需要用到Z軸方向上的加速度數(shù)據(jù)和Y軸方向的角速度數(shù)據(jù)，其他的數(shù)據(jù)則拋棄掉。對(duì)所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板控制電機(jī)步進(jìn)電機(jī)與杠桿抖動(dòng)做反方向的運(yùn)動(dòng)。在經(jīng)過(guò)不斷的數(shù)據(jù)矯正和系統(tǒng)訓(xùn)練，使得控制系統(tǒng)不斷的適應(yīng)杠桿的機(jī)械抖動(dòng)。2.2 傳感器和步進(jìn)電機(jī)2.2.1 傳感器介紹本次課題采用Invensense公司推出的6軸運(yùn)動(dòng)處理組件MPU6050傳感器，針對(duì)這個(gè)傳感介紹了我們所需要用到的傳感器特性。MPU6050內(nèi)部擁有3軸陀螺儀和3軸加速度傳感器，該傳感器免除了組合陀螺儀與加速器時(shí)之軸間差的

22、問(wèn)題，并且由于體積小而可以減少傳感器的安裝空間，并且含有一個(gè)IIC接口可以和微處理器進(jìn)行通信。本課題選取該芯片作為采樣模塊主要考慮MPU6050以下特點(diǎn)：（1）該傳感器旋可以對(duì)獲取的加速度和角速度數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩陣、四元數(shù)、歐拉角格式的融合演算數(shù)據(jù)，通過(guò)硬件的處理可以降低處理器的數(shù)據(jù)處理負(fù)荷。（2） 傳感器的角速度感測(cè)器具有131 LSBs/°sec 敏感度并且角速度的感測(cè)范圍在±250、±500、±1000與±2000°/sec，能都大范圍的測(cè)量角速度。（3） 該傳感器具對(duì)加速度測(cè)量范圍可以進(jìn)行程序選擇，選擇的檔位為±2g、&

23、#177;4g、±8g和±16g。（4） 加速器與陀螺儀軸間敏感度進(jìn)行了移除，降低由于設(shè)定造成的影響與感測(cè)器間的飄移。（5） 該傳感器帶有DMP的數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理引擎可以大大減少?gòu)?fù)雜微控制器在融合演算數(shù)據(jù)、感測(cè)器同步化、姿勢(shì)感應(yīng)等的負(fù)荷。2.2.2 步進(jìn)電機(jī)介紹在本課題選取驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要考慮到選材的方便、體積與機(jī)械結(jié)構(gòu)結(jié)合的方便性，故采用了電腦光驅(qū)上使用的二相四線步進(jìn)電機(jī)。該步進(jìn)電機(jī)屬于混合式步進(jìn)電機(jī)并且其具有步進(jìn)角小，精度相對(duì)高，驅(qū)動(dòng)能力相對(duì)同類(lèi)的電機(jī)強(qiáng)的特性3-7。由于該步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角參數(shù)未提供，對(duì)此需要對(duì)該電機(jī)的參數(shù)進(jìn)行測(cè)量確定，經(jīng)微控制器測(cè)量獲取了如表2-1所示的數(shù)據(jù)。

24、該數(shù)據(jù)是測(cè)量步進(jìn)電機(jī)單程運(yùn)動(dòng)所需時(shí)間的情況。其中S_UP和S_DOWN代表了步進(jìn)電機(jī)的向上運(yùn)動(dòng)和向下運(yùn)動(dòng)，通過(guò)設(shè)置微控制器時(shí)鐘單元里的控制計(jì)數(shù)頻率的ARR和預(yù)分頻器，產(chǎn)生一個(gè)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)速度的信號(hào)。表2-1步進(jìn)電機(jī)單程運(yùn)動(dòng)記錄步進(jìn)電機(jī)總路程4cm Timer3頻率Timer2頻率耗時(shí)供電6.9Khz100hzTIME預(yù)分頻ARR預(yù)分頻占空比ARR 延時(shí)1 延時(shí)2707272001000260msS_UP5V707272010001000275msS_DOWN707272001000230msS_UP12V707272010001000250msS_DOWN705072001000180ms

25、S_UP705072010001000200msS_DOWN從數(shù)據(jù)中可知道本課題所使用的電機(jī)單方向上，往上或往下所耗的時(shí)間并非相同，往下所耗的時(shí)間明顯小于往下的所耗的時(shí)間，并且在不同供電電壓下相同頻率驅(qū)動(dòng)時(shí)所耗的時(shí)間也不相同，因此在本課題對(duì)于電機(jī)的驅(qū)動(dòng)也是本課題的難點(diǎn)，如何能夠達(dá)到精確控制電機(jī)很具有挑戰(zhàn)性。第3章 防抖裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和數(shù)據(jù)處理方法3.1 防抖裝置模型分析本課題基于防抖裝置硬件基礎(chǔ)上進(jìn)行編寫(xiě)的軟件，對(duì)此需要對(duì)所研究的課題實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)上的分析，如圖3-1所示為通過(guò)為防抖裝置硬件裝置模擬圖形。圖3-1防抖裝置模型由圖可知該裝置靜止時(shí)相對(duì)于地面的高度為h1。當(dāng)該裝置在直流電機(jī)驅(qū)

26、動(dòng)下拉動(dòng)杠桿運(yùn)動(dòng)，會(huì)做具有一定弧度的上下擺動(dòng)。當(dāng)杠桿在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)時(shí)相對(duì)于地面的高度為，可得到：(3-1)其中為單位時(shí)間內(nèi)杠桿在y軸的位移變化量。當(dāng)n為奇數(shù)時(shí)杠桿會(huì)往y軸的負(fù)方向運(yùn)動(dòng)，同理n為偶數(shù)時(shí)杠桿會(huì)往y軸的正方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)杠桿進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)具有瞬時(shí)y軸向上的加速度和繞定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。如圖3-2所示在電機(jī)驅(qū)動(dòng)情況下進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的示意圖。圖3-2杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)示意圖設(shè)杠桿在時(shí)刻的位置為，在時(shí)刻的位置為。其中(3-2)時(shí)間內(nèi)杠在軸方向上運(yùn)動(dòng)的位移量為，當(dāng)不斷趨近于0，其杠桿在軸方向上運(yùn)動(dòng)位移滿(mǎn)足如下所示公式(3-3)杠桿以角速度做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，在時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)路程為(3-4)對(duì)杠桿的受力模型進(jìn)行分析，杠桿在

27、運(yùn)動(dòng)時(shí)杠桿受到向上或向下的大小為F1的作用力和方向固定的向下作用力F2。模型如圖3-3所示。圖3-3杠桿受力模型其中;杠桿受到的總的作用力為（3-5)當(dāng)杠桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，激光頭也隨著杠桿相對(duì)運(yùn)動(dòng)，本課題以減弱抖動(dòng)為目的。需要驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)使得激光頭相對(duì)于杠桿做相反方向的運(yùn)動(dòng)，已達(dá)到減弱裝置抖動(dòng)的目的。由于在內(nèi)杠桿在軸方向上的位移為，內(nèi)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)激光頭運(yùn)動(dòng)的位移為。所以得到激光頭相對(duì)運(yùn)動(dòng)位移。（3-6）防抖動(dòng)裝置軟件設(shè)計(jì)以減少大小為目的，以達(dá)到減弱模擬的抖動(dòng)裝置的抖動(dòng)幅度。3.2 濾波算法數(shù)字濾波是計(jì)算機(jī)對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行二次的加工，還原出所需要的原始信號(hào)，提高信號(hào)信噪比。由于所選的陀螺儀傳感器具有

28、零點(diǎn)漂移，且當(dāng)陀螺儀傳感器在杠桿運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下會(huì)出現(xiàn)尖峰噪聲和隨機(jī)噪聲。所以在STM32控制器把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為控制步進(jìn)電機(jī)信號(hào)前，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，以消除信號(hào)的零點(diǎn)漂移、尖峰噪聲和隨機(jī)噪聲。下面介紹本課題所用到的濾波算法。3.2.1 限幅濾波限幅濾波算法是編寫(xiě)濾波軟件過(guò)程中很常用的算法之一，該算法又稱(chēng)之為程序拍段濾波算法，主要用于克服信號(hào)傳輸過(guò)程中出現(xiàn)的偶然因素所帶來(lái)的尖峰干擾，思想通俗來(lái)說(shuō)就是在某段誤差范圍內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)保留與否的取舍。(3-7)3.2.2 滑動(dòng)平均濾波滑動(dòng)平均濾波算法也是很常用的濾波算法之一，該又稱(chēng)遞推平均濾波法，滑動(dòng)平均濾波在處理信號(hào)的時(shí)域波形時(shí)是非常有效的。滑動(dòng)濾波在頻域上來(lái)考

29、察是屬于低通濾波器的一種，其對(duì)于抑制隨機(jī)噪聲并且保留原始信號(hào)邊沿陡峭性是非常有用的?；瑒?dòng)濾波是將連續(xù)取得N個(gè)采樣值看做一個(gè)循環(huán)隊(duì)列，對(duì)隊(duì)列里邊的數(shù)列進(jìn)行算術(shù)平均的處理，并以先進(jìn)先出的方式更新隊(duì)列里邊的數(shù)據(jù)，達(dá)到能夠像窗口一樣能夠滑動(dòng)處理數(shù)據(jù)，從而去掉整個(gè)數(shù)據(jù)的隨機(jī)噪聲。滑動(dòng)濾波的公式如下所示(3-8)3.3 快速傅里葉變換對(duì)于傳感器采集來(lái)數(shù)據(jù)處理，往往某些時(shí)候在時(shí)域上的描述并不能很好的描述信號(hào)，對(duì)數(shù)據(jù)在頻域上進(jìn)行分析時(shí)會(huì)帶來(lái)不一樣的描述，對(duì)于編寫(xiě)軟件時(shí)帶來(lái)極大的幫助。本課題在對(duì)傳感器所采集到的數(shù)據(jù)需要在MATLAB進(jìn)行頻率上的分析，得到采集得到的數(shù)據(jù)和杠桿運(yùn)動(dòng)的特性。下面介紹做頻域變換時(shí)所需用

30、的的方法。離散傅立葉變換（DFT）是在做信號(hào)分析與處理中占有極其重要地位的一種變換，對(duì)于在濾波器設(shè)計(jì)上會(huì)遇到由時(shí)域的求頻域的或由求情況，這時(shí)候我們就需要用到DFT來(lái)完成這項(xiàng)工作。這種信號(hào)變換方式在通信、圖像傳輸、聲吶等領(lǐng)域都占著不可或缺的地位。此外，在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)中都會(huì)用到該方法。擔(dān)由于該方法的計(jì)算量與變換區(qū)間長(zhǎng)度N的平放成正比關(guān)系，故很大程度上限制了離散傅里葉變換發(fā)展。1965年，庫(kù)利（J.W.Cooley）和圖基（J.W.Tukey）在計(jì)算數(shù)學(xué)雜志上發(fā)表了“機(jī)器計(jì)算傅立葉級(jí)數(shù)的一種算法”的文章，這是一篇關(guān)于計(jì)算DFT的一種快速有效的計(jì)算方法的文章。這篇文章具有劃時(shí)代的意義，大

31、大減小了DFT的計(jì)算量。由此衍生出了許多的計(jì)算方法這些方法統(tǒng)稱(chēng)為快速傅里葉變換，簡(jiǎn)稱(chēng)FFT。并且在1984年，法國(guó)的科學(xué)家杜哈梅爾（P.Dohamel）和霍爾曼（H.Hollmann）提出了分裂基快速算法，使對(duì)數(shù)據(jù)的運(yùn)算效率進(jìn)一步得到提高。FFT主要分成兩大類(lèi)，即按時(shí)間抽取法和按頻率抽取法。FFT算法主要包括基2FFT算法，基4FFT算法，混合基FFT，基rFFT算法和分裂基FFT算法8。第4章 防抖裝置的軟件設(shè)計(jì)4.1 防抖裝置軟件設(shè)計(jì)的工作原理根據(jù)上章對(duì)裝置的力學(xué)分析，可知當(dāng)STC12C5A60S2輸出一個(gè)PWM波信號(hào)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)進(jìn)模塊拉動(dòng)杠桿做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，陀螺儀對(duì)運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)量出

32、杠桿運(yùn)動(dòng)的加速度和角速度9，將運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絊TM32控制器，STM32對(duì)陀螺儀傳來(lái)數(shù)據(jù)的進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的信號(hào)，使得步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)做與杠桿相反方向的運(yùn)動(dòng)。從而達(dá)到減小的相對(duì)位移目的，而是和步進(jìn)電機(jī)相關(guān)的量，由于步進(jìn)電機(jī)在被驅(qū)動(dòng)下參數(shù)會(huì)出現(xiàn)某些變化需要對(duì)變化量仍然需要對(duì)獲得的數(shù)據(jù)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)做模糊化的處理，建立一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式表查詢(xún)驅(qū)動(dòng)所需要的數(shù)據(jù)。4.2 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境本次對(duì)防抖裝置軟件的開(kāi)發(fā)使用了RealView MDK的開(kāi)發(fā)環(huán)境。RealView MDK是由ARM公司推出的針對(duì)于正對(duì)ARM內(nèi)核的嵌入式處理器的開(kāi)發(fā)工具，能夠很好的支持ARM7、ARM9以及Cortex-M3

33、內(nèi)核的處理器10。并且軟件支持對(duì)程序的仿真，對(duì)程序運(yùn)行性能的分析，并且友好的支持J-Link仿真器對(duì)于程序下載、程序運(yùn)行的跟蹤和單步調(diào)試。圖4-1開(kāi)發(fā)環(huán)境本次開(kāi)發(fā)主控芯片STM32F103RC是基于Cortex-M3內(nèi)核的微處理器，RealView MDK集成開(kāi)發(fā)工具非常適合本對(duì)本軟件的開(kāi)發(fā)。集成開(kāi)發(fā)環(huán)境如圖4-1所示為開(kāi)發(fā)環(huán)境的界面。4.3 軟件開(kāi)發(fā)流程防抖裝置軟件的開(kāi)發(fā)主要包括基于MPU6050傳感器的采樣模塊的軟件開(kāi)發(fā)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的開(kāi)發(fā)和數(shù)據(jù)處理任務(wù)調(diào)度模塊的軟件的開(kāi)發(fā)。本次采樣模塊的開(kāi)發(fā)用到軟件模式的I2C傳輸協(xié)議實(shí)現(xiàn)傳感器和STM32微控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸，采樣模塊主要移植了MSP

34、430微控制器對(duì)MPU6050進(jìn)行通信的程序，以PC11和PC12口和傳感器進(jìn)行I2C協(xié)議的通信。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊通過(guò)軟件控制對(duì)PA1和PA2口產(chǎn)生控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)的方向和運(yùn)動(dòng)的速度的PWM信號(hào)。數(shù)據(jù)處理任務(wù)調(diào)度模塊，為本次軟件開(kāi)發(fā)的核心內(nèi)容。任務(wù)調(diào)度采用了阻塞的調(diào)度方式，確保唯有獲取數(shù)據(jù)信號(hào)后才能啟動(dòng)其他的硬件部分，保證了軟件在運(yùn)行時(shí)候的任務(wù)間的緊湊度，減弱任務(wù)與任務(wù)之間的相干性11-12。如下圖4-2所示為整個(gè)程序的流程圖。圖4-2軟件流程圖系統(tǒng)對(duì)各個(gè)硬件模塊先進(jìn)行初始化，分別初始化了定時(shí)器模塊、電機(jī)模塊、傳感器模塊。在該系統(tǒng)中需要消耗3個(gè)定時(shí)器，分別包括了定時(shí)器2、定時(shí)器3、定時(shí)器4，其中定時(shí)器

35、2產(chǎn)生一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)方向的PWM，定時(shí)器3則產(chǎn)生一個(gè)控制電機(jī)運(yùn)行速度的PWM，定時(shí)器4主要記錄系統(tǒng)時(shí)間的運(yùn)行和負(fù)責(zé)任務(wù)的調(diào)用時(shí)基。對(duì)于這三個(gè)定時(shí)器而言定時(shí)器2和定時(shí)器3處于同一優(yōu)先級(jí)，定時(shí)器4屬于優(yōu)先級(jí)最高。配置完硬件的初始參數(shù)后，先對(duì)開(kāi)啟系統(tǒng)后在傳感器上獲取的不穩(wěn)定數(shù)據(jù)進(jìn)行拋棄，隨后需要獲取傳感器靜止?fàn)顟B(tài)下的零點(diǎn)漂移值，并用此漂移值對(duì)以后的數(shù)據(jù)做矯正。此系統(tǒng)在每隔3ms后對(duì)需要對(duì)抖動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，獲取其運(yùn)動(dòng)時(shí)候的Z方向軸加速度和Y方向軸的角速度，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集過(guò)程中需要鎖死程序，以免中斷干擾對(duì)于數(shù)據(jù)采集工作。當(dāng)數(shù)據(jù)采集完成后，解除對(duì)程序的鎖定，對(duì)采集的數(shù)據(jù)傳入微控制器中的RAM中

36、。在進(jìn)行對(duì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換前需要進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，主要包括零點(diǎn)漂移的矯正，限幅濾波，滑動(dòng)濾波。通過(guò)編寫(xiě)的限幅濾波算法實(shí)現(xiàn)了對(duì)信號(hào)的尖峰干擾濾除，然后經(jīng)過(guò)N為8的窗口進(jìn)行對(duì)數(shù)據(jù)滑動(dòng)濾波，從而抑制傳感器上存在的隨機(jī)噪聲。在程序運(yùn)行期間需要記錄前一時(shí)刻獲取的數(shù)據(jù)和當(dāng)前時(shí)刻的數(shù)據(jù)，用以實(shí)現(xiàn)誤差的記錄。（4-1）對(duì)于所獲取的誤差進(jìn)行誤差容限的判斷，如果該值在允許的誤差容限下則表明不需要更新電機(jī)的參數(shù)，忽視本次采集的數(shù)據(jù)。如果超出本容限誤差，則需要更新電機(jī)參數(shù)。通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式轉(zhuǎn)換出對(duì)應(yīng)的控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)速度和方向的的參數(shù)。對(duì)此次誤差的值仍需要記錄，保證假如誤差累計(jì)過(guò)大后，對(duì)電機(jī)參數(shù)的更新。當(dāng)微控制器獲得了電機(jī)更新參數(shù)的命

37、令后會(huì)根據(jù)任務(wù)調(diào)度器實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)的更新，并通過(guò)LED顯示模塊顯示當(dāng)前任務(wù)狀態(tài)和完成情況。4.4 程序源碼的介紹4.4.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造是程序編寫(xiě)的重要環(huán)節(jié)，根據(jù)C+面向?qū)ο箝_(kāi)發(fā)思想下，本軟件對(duì)需要用到的硬件部件進(jìn)行的抽象化的構(gòu)建。以達(dá)到便于控制的目的，并且增強(qiáng)了程序的可移植性。任務(wù)調(diào)度器任務(wù)查詢(xún)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括了需要進(jìn)行調(diào)度的任務(wù)。（1）任務(wù)調(diào)度器任務(wù)查詢(xún)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)typedef enum SAMPLE,/數(shù)據(jù)采樣任務(wù) DEALDAT /數(shù)據(jù)處理任務(wù) UPDATEMOTOR /更新電機(jī)數(shù)據(jù)任務(wù) LEDSTATE /LED任務(wù)狀態(tài)顯示TASK_TypeDef;（2）任務(wù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)ty

38、pedef struct TASK_TypeDef lastID; /當(dāng)前任務(wù) TASK_TypeDef oldID; /上一時(shí)刻的任務(wù) int lock; /程序鎖死 int eventstate; /當(dāng)前任務(wù)狀態(tài)（成功/失?。?int updatevent; /電機(jī)參數(shù)更新事件標(biāo)志位 int timercount; /時(shí)間記錄單元TaskSwitch;（3）電機(jī)模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)typedef struct int freq; /步進(jìn)電機(jī)速度控制 int dir; /步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)方向控制 int Switch; /控制更新電機(jī)速度的開(kāi)關(guān) int state; /電機(jī)工作狀態(tài)(啟動(dòng)/關(guān)閉)Moto

39、rTypeDef;4.4.2 數(shù)據(jù)采集模塊的程序u8 MPU_Init(void); u8 MPU_Get_Gyroscope(short* gx,short* gy,short* gz);u8 MPU_Get_Accelerometer(short* ax,short* ay,short* az);對(duì)MPU6050傳感器操作由以上幾個(gè)函數(shù)控制，其中 MPU_Init主要對(duì)mpu6050的陀螺儀傳感器和加速度傳感器，采樣率，硬件濾波等的硬件配置。MPU_Get_Gyroscope()和MPU_Get_Accelerometer();主要負(fù)責(zé)對(duì)獲取傳感器采集得到的加速度和角速度數(shù)據(jù)。4.4.3

40、主控模塊程序GetMpudata();SlidingFilter();GetOffset();LimitingFilter();PreDealMpuData();Proccessmotor();主控程序主要由以上幾個(gè)函數(shù)控制GetMpudata主要用于數(shù)據(jù)采集，GetOffset()負(fù)責(zé)獲取靜止?fàn)顟B(tài)下的零點(diǎn)漂移值得獲取。 LimitingFilter為主要負(fù)責(zé)限幅濾波，SlidingFilter為滑動(dòng)濾波模塊，PreDealMpuData（）負(fù)責(zé)調(diào)用以上模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理。而Proccessmotor（）函數(shù)負(fù)責(zé)將獲取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)的信號(hào)。4.4.4 滑動(dòng)濾波程序滑動(dòng)濾波對(duì)抑制傳感

41、器隨機(jī)噪聲扮演者重要的角色。ACC_Z_BUFfiltercnt = mpuacci.z - ACC_OFFSET.z;GYRO_Y_BUFfiltercnt = mpugroi.y - GYRO_OFFSET.y; for(i=0;i<= FILTER_NUM;i+) TempAccZ += ACC_Z_BUFi; TempGyroY += GYRO_Y_BUFi; if(filtercnt >= FILTER_NUM) filtercnt = 0;ACC_AVG.z = TempAccZ >> SHIFT;GYRO_AVG.y = TempGyroY >>

42、; SHIFT;mpuaccf.z = ACC_AVG.z * ACCGain; mpugrof.y = GYRO_AVG.y * GyroGain;第5章 結(jié)果和分析5.1 系統(tǒng)調(diào)試如圖5-1所示為防抖硬件裝置的實(shí)物圖。圖5-1防抖硬件裝置實(shí)物該實(shí)物圖主要由四個(gè)部分構(gòu)成：抖動(dòng)產(chǎn)生裝置、信號(hào)采集裝置、電機(jī)控制機(jī)構(gòu)、微控制器。本次試驗(yàn)還采用了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方法觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)虛擬濾波器對(duì)傳來(lái)的抖動(dòng)數(shù)據(jù)做實(shí)時(shí)觀察。本課題用到了Serial_Digital_Scope V2_Cracked虛擬示波器對(duì)所傳來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，該軟件可以實(shí)現(xiàn)PC與單片機(jī)間的相互通信，并可以同時(shí)繪制4組波形，具有波特率可調(diào)特

43、點(diǎn)，可以將傳入的數(shù)據(jù)以dat類(lèi)型存入PC機(jī)中，方便其他軟件調(diào)用該文件進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析，本課題通過(guò)串口1將數(shù)據(jù)傳入傳入該軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，并保存保存?zhèn)鱽?lái)的數(shù)據(jù)通過(guò)MATLAB調(diào)用dat文件對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。極大的方便了后續(xù)的程序編寫(xiě)，對(duì)整個(gè)過(guò)程中占據(jù)極大的助力。通過(guò)陀螺儀采集得到的Y軸方向上的角速度數(shù)據(jù)通過(guò)STM32的串口1傳入虛擬示波器上進(jìn)行波形實(shí)時(shí)顯示如圖5-2所示。觀察波形可知道杠桿抖動(dòng)時(shí)檢測(cè)出來(lái)的角速度的服從類(lèi)似正弦型號(hào)的變化。圖5-2上位機(jī)顯示根據(jù)激光頭射出的紅光在顯示屏上偏離程度來(lái)判斷程序?qū)Χ秳?dòng)裝置抖動(dòng)抑制效果。根據(jù)觀察記錄下得到如表5-1所示的數(shù)據(jù)。表5-1激光偏離數(shù)據(jù)激光頭偏離板

44、心數(shù)據(jù)記錄杠桿運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)范圍5.5cm激光頭運(yùn)動(dòng)范圍5cm數(shù)據(jù)1(cm)數(shù)據(jù)2(cm)數(shù)據(jù)3(cm)數(shù)據(jù)4(cm)CLOSEOPENCLOSEOPENCLOSEOPENCLOSEOPEN1.20.81.10.91.10.61.51.22.11.62.11.81.91.82.62.72.52.62.41.92.422.52.22.11.72.32.42.42.61.40.91.31.31.61.61.81.80-0.10-0.30.6010.6-1.41.2-1.3-1.2-1.6-1.30-0.3-2.3-2-2.1-1.4-2.3-2-1-1.1-2.3-1.6-2.5-1.9-2.5-2.1

45、-1.9-1.4-1.5-0.8-2.2-2.3-2-1.7-2.4-2.1-1-0.3-1.2-1.1-1.1-0.7-1.9-1.2-0.20CLOSE代表未啟動(dòng)程序下激光頭的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，OPEN代表啟動(dòng)程序后的激光頭的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。根據(jù)上表測(cè)得數(shù)據(jù)，可以明顯得出當(dāng)程序運(yùn)行后某段時(shí)間內(nèi)可有效的抑制抖動(dòng)裝置產(chǎn)生的抖動(dòng)。并通過(guò)紅外傳感器采集得到激光頭的運(yùn)動(dòng)情況的數(shù)據(jù)進(jìn)行MATLAB的數(shù)據(jù)分析，繪制出了如圖5-3所示為激光頭運(yùn)動(dòng)情況，藍(lán)線表示為激光頭在未啟動(dòng)程序控制電機(jī)下的激光頭運(yùn)動(dòng)情況，紅線表示為啟動(dòng)程序通過(guò)控制電機(jī)的激光頭運(yùn)動(dòng)情況?？梢悦黠@看見(jiàn)在啟動(dòng)程序后，激光頭的運(yùn)動(dòng)幅度在大部分時(shí)刻都被抑制了。

46、圖5-3激光頭抖動(dòng)數(shù)據(jù)因此說(shuō)明防抖裝置軟件能夠有效的抑制防抖裝置的抖動(dòng)，防抖裝置能夠?qū)Χ秳?dòng)做到有效的抑制。5.2 數(shù)據(jù)分析MATLAB對(duì)于算法開(kāi)發(fā)和數(shù)據(jù)分析上是首屈一指的，并且具有很友好的用戶(hù)圖形界面，操作起來(lái)簡(jiǎn)單，并且在圖像信號(hào)的分析上有很出色的表現(xiàn)。因此本次課題在對(duì)防抖裝置的數(shù)學(xué)建模和傳感器采集的數(shù)據(jù)用MATLAB對(duì)來(lái)進(jìn)行分析，得出對(duì)后期軟件編寫(xiě)具有重要參考意義的依據(jù)。本次實(shí)驗(yàn)通過(guò)調(diào)用STM32微處理器傳至PC機(jī)上的dat類(lèi)型的文件，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。本次實(shí)驗(yàn)要對(duì)裝置靜止?fàn)顟B(tài)下傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)傳來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，繪制出濾波前后數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的圖形。傳感器采集的

47、Z軸方向上的七千多組靜態(tài)的加速度數(shù)據(jù)經(jīng)stm32串口1發(fā)送到PC機(jī)上，通過(guò)MATLAB繪制出傳來(lái)數(shù)據(jù)的原始信號(hào)圖形和對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行平均濾波后的圖形情況。圖5-4加速度靜態(tài)數(shù)據(jù)如上圖5-4所示，由圖可以傳感器在靜止平放時(shí)采集到的加速度具有很大的噪聲，但經(jīng)過(guò)平均濾波后明顯改善了信號(hào)。通過(guò)對(duì)加速度的平均濾波后獲取加速度的零點(diǎn)漂移值。經(jīng)傳感器獲取Y軸方向上的角速度的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)為傳感器靜止平放下獲得的，經(jīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域上的繪制，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行平均濾波后的結(jié)果如下圖5-5所示可以看出該數(shù)據(jù)具有一定的尖峰噪聲，但相對(duì)于加速度的圖形來(lái)說(shuō)比較干凈，任然需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行平均處理，獲取傳感器的角速度的靜態(tài)漂移值。圖5-5 Y軸角速度零點(diǎn)漂移當(dāng)抖動(dòng)裝置啟動(dòng)時(shí)，經(jīng)傳感器測(cè)得Z軸方向上的加速度和Y軸方向上的角速度。通過(guò)對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行滑動(dòng)濾波并繪制出未進(jìn)行濾波和進(jìn)行濾波后的時(shí)域圖形如下圖5-6和5-7所示。由圖形可知，當(dāng)裝置啟動(dòng)后，傳感器采集獲得的數(shù)據(jù)服從類(lèi)似于正弦波的變化，但并非真正的正弦變換。相對(duì)于起始狀態(tài)下角速度正半軸和負(fù)半軸變化幅度相等，而加速度相對(duì)于起始狀態(tài)下的負(fù)半軸幅度大于正半軸的變化幅度，可看出重力對(duì)其的影響加速度。在對(duì)運(yùn)動(dòng)情況下的的角速度和加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換，并繪制出其頻譜圖，如圖5-8和5-9所示。由圖可得加速度和角速度信號(hào)的的主要能量分布在