本文選題：動(dòng)態(tài)測(cè)量 + 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)��； 參考：《南京理工大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：挖掘機(jī)作為工程機(jī)械第一主力機(jī)種,使用量大,應(yīng)用面廣,在降低工程成本、保證工程質(zhì)量、縮短工期和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率等方面發(fā)揮著重要的作用。挖掘機(jī)自動(dòng)化是未來的發(fā)展趨勢(shì)。本課題針對(duì)挖掘機(jī)自動(dòng)化的發(fā)展?fàn)顩r和實(shí)際市場(chǎng)需求,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于智能傳感器網(wǎng)絡(luò)的挖掘機(jī)動(dòng)態(tài)測(cè)深系統(tǒng)。該系統(tǒng)由傳感器節(jié)點(diǎn)和顯控終端兩部分構(gòu)成,組建了一個(gè)星型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。傳感器節(jié)點(diǎn)測(cè)量挖掘機(jī)工作裝置動(dòng)臂、斗桿和鏟斗的傾角,并通過無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給顯控終端;顯控終端作為匯聚節(jié)點(diǎn),接收傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)來的傾角值,并結(jié)合工作裝置的機(jī)械尺寸,計(jì)算當(dāng)前挖掘深度。同時(shí)顯控終端集成了電子羅盤的功能,通過OLED屏顯示實(shí)時(shí)挖掘深度和挖掘方向。該系統(tǒng)解決了駕駛員操作挖掘機(jī)時(shí)視野受限以及挖掘深度測(cè)量存在困難和安全性隱患等問題,有助于提高挖掘機(jī)作業(yè)質(zhì)量和效率。本文在建立挖掘機(jī)深度和方向測(cè)量模型的基礎(chǔ)上,根據(jù)系統(tǒng)需求確定了總體設(shè)計(jì)方案,然后完成了傳感器節(jié)點(diǎn)和顯控終端的軟硬件設(shè)計(jì)。兩者的硬件設(shè)計(jì)基本相同,都以微控制器CC2530為控制核心,設(shè)計(jì)了電源管理電路、傳感器數(shù)據(jù)采集電路、射頻天線、顯示屏電路等。在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行軟件開發(fā),以IAR為開發(fā)環(huán)境,主要實(shí)現(xiàn)了電池電量采集、傳感器信號(hào)采集、無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ苣K。在此基礎(chǔ)上,針對(duì)傾角測(cè)量動(dòng)態(tài)誤差大的問題,提出了加速度計(jì)和陀螺儀信息融合的方法,設(shè)計(jì)了互補(bǔ)濾波器和卡爾曼濾波器,并對(duì)兩者的濾波效果進(jìn)行比較分析;針對(duì)電子羅盤羅差大的問題,采用了基于橢圓假設(shè)的誤差補(bǔ)償方法。最后對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)試和分析。測(cè)試表明,該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期功能,具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
[Abstract]:As the first main machine of construction machinery, excavator plays an important role in reducing engineering cost, ensuring engineering quality, shortening construction period and improving labor productivity. Excavator automation is the development trend in the future. Aiming at the development of excavator automation and the actual market demand, a dynamic sounding system of excavator based on intelligent sensor network is designed and implemented in this paper. The system is composed of sensor node and display terminal, and a star wireless sensor network is constructed. The sensor node measures the inclination angle of the moving arm, bucket rod and bucket of the excavator's working device, and sends it to the display and control terminal through the wireless communication network; the display and control terminal acts as the convergent node and receives the inclination value from the sensor node. Combined with the mechanical dimension of the working device, the current excavation depth is calculated. At the same time, the display terminal integrates the function of electronic compass and displays the real-time mining depth and direction through OLED screen. The system solves the problems of limited visual field when the driver operates the excavator, difficulties and hidden safety problems in depth measurement of excavator, and helps to improve the working quality and efficiency of the excavator. On the basis of establishing the depth and direction measurement model of excavator, the overall design scheme is determined according to the requirement of the system, and then the hardware and software design of sensor node and display and control terminal are completed. The hardware design of the two systems is basically the same, and the control core is CC2530. The power management circuit, sensor data acquisition circuit, RF antenna, display circuit and so on are designed. On the basis of the hardware design, the software is developed. With IAR as the development environment, the function modules of battery quantity acquisition, sensor signal acquisition and wireless data transmission are realized. On this basis, aiming at the problem of large dynamic error in inclination measurement, the information fusion method of accelerometer and gyroscope is proposed, and the complementary filter and Kalman filter are designed, and their filtering effects are compared and analyzed. An error compensation method based on elliptical assumption is proposed to solve the problem of large offset of electronic compass. Finally, the system test and analysis of the design are carried out. The test shows that the system can realize the expected function and has practical application value.
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP212.9;TN929.5;TU621

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