本文關(guān)鍵詞：基于MEMS技術(shù)的三維無(wú)線運(yùn)動(dòng)控制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛躍發(fā)展,人機(jī)交互技術(shù)越來(lái)越吸引人們的眼球,對(duì)設(shè)備操作的人性化標(biāo)準(zhǔn)也提出了新的高要求,即要求操作簡(jiǎn)單、精度高、靈敏性好、體驗(yàn)感強(qiáng)等。如今已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的虛擬現(xiàn)實(shí)交互技術(shù),多數(shù)是基于運(yùn)動(dòng)距離控制定位的。運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)主要有磁追蹤系統(tǒng),激光跟蹤系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)三維視覺(jué)的定位控制。此類(lèi)追蹤控制系統(tǒng)都是基于二維平面,受到參考系的影響以及平面的束縛,不適合三維空間的控制與動(dòng)作識(shí)別,致使現(xiàn)在很多體感游戲的發(fā)展和姿態(tài)狀態(tài)的檢測(cè)等技術(shù)出現(xiàn)了瓶頸。本論文以MEMS器件作為系統(tǒng)輸入控制端,以藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無(wú)線通信,以微處理器STM32作為數(shù)據(jù)處理單元,設(shè)計(jì)了一個(gè)基于MEMS技術(shù)的三維無(wú)線運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)中應(yīng)用MEMS加速度計(jì)ADXL345、陀螺儀MPU-6050和磁力計(jì)HMC5883作為輸入控制終端,以STM32作為微處理器,以藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信,以上位機(jī)運(yùn)動(dòng)仿真平臺(tái)作為輸入控制端的姿態(tài)角顯示終端,實(shí)現(xiàn)輸入控制端的姿態(tài)角三維實(shí)時(shí)仿真。本系統(tǒng)采用IIC方式讀取MEMS加速度計(jì)及陀螺儀和磁力計(jì)的輸出信號(hào);采用EMD方法對(duì)采集的MEMS輸出信號(hào)進(jìn)行去噪處理,抑制由于MEMS制造工藝和外圍電路的干擾等因素引入系統(tǒng)的噪聲;最后應(yīng)用經(jīng)過(guò)EMD方法處理的MEMS信號(hào)進(jìn)行四元數(shù)的姿態(tài)角融合,得到輸入控制端的姿態(tài)角信息。在MATLAB平臺(tái)上,應(yīng)用MEMS加速度計(jì)ADXL345的輸出信號(hào)和系統(tǒng)的姿態(tài)角檢測(cè)信息,將輸入控制端的三維運(yùn)動(dòng)軌跡投影到二維水平坐標(biāo)系上的x軸與y軸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡的仿真,實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸入控制端的運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤,驗(yàn)證了系統(tǒng)能夠應(yīng)用在實(shí)際項(xiàng)目中進(jìn)行姿態(tài)角識(shí)別和運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤的可行性。另外,將磁力計(jì)HMC5883處于靜態(tài)條件下進(jìn)行精度測(cè)試,對(duì)磁力計(jì)處于地磁場(chǎng)中測(cè)量方位角的測(cè)量精度進(jìn)行驗(yàn)證,得出HMC5883測(cè)量誤差值為1.03°。本論文以MEMS加速度計(jì)、陀螺儀以及磁力計(jì)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的三維無(wú)線運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),該系統(tǒng)同時(shí)也是一個(gè)空間姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)。本論文的姿態(tài)檢測(cè),運(yùn)動(dòng)控制等研究點(diǎn)為當(dāng)今物聯(lián)網(wǎng)的控制終端技術(shù),3D體感游戲的輸入控制和飛行器的姿態(tài)檢測(cè)等相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展提供了一個(gè)設(shè)計(jì)思路。
【關(guān)鍵詞】：MEMS 藍(lán)牙技術(shù) EMD 四元數(shù) STM32
【學(xué)位授予單位】：上海工程技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TP391.9;TH-39
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 緒論13-25
• 1.1 課題的背景和意義13-14
• 1.2 基于MEMS技術(shù)的運(yùn)動(dòng)控制國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 基于MEMS技術(shù)的傳感器研究15-19
• 1.3.1 MEMS加速度計(jì)15-16
• 1.3.2 MEMS陀螺儀16-17
• 1.3.3 磁力計(jì)17-19
• 1.4 基于MEMS的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究19-23
• 1.4.1 數(shù)據(jù)采集方法的研究19-20
• 1.4.2 數(shù)據(jù)去噪方式的研究20-21
• 1.4.3 無(wú)線通信方法的研究21-23
• 1.5 論文研究?jī)?nèi)容23-25
• 第二章 無(wú)線運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)25-38
• 2.1 系統(tǒng)硬件框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)25-26
• 2.2 微處理器性能研究及電路設(shè)計(jì)26-29
• 2.2.1 Cortex-M3微處理器26-27
• 2.2.2 STM32性能研究27-28
• 2.2.3 微處理器STM32的電路設(shè)計(jì)28-29
• 2.3 ADXL345性能研究及電路設(shè)計(jì)29-31
• 2.3.1 MEMS加速度計(jì)ADXL345性能特征29-31
• 2.3.2 MEMS加速度計(jì)電路設(shè)計(jì)31
• 2.4 MPU-6050性能研究及電路設(shè)計(jì)31-34
• 2.4.1 MEMS陀螺儀MPU-6050性能特征31-33
• 2.4.2 MEMS陀螺儀MPU-6050電路設(shè)計(jì)33-34
• 2.5 HMC5883性能研究及電路設(shè)計(jì)34-36
• 2.5.1 磁力計(jì)HMC5883的性能特征34-35
• 2.5.2 磁力計(jì)HMC5883電路設(shè)計(jì)35-36
• 2.6 無(wú)線通信模塊硬件設(shè)計(jì)36-37
• 2.6.1 藍(lán)牙通信過(guò)程36
• 2.6.2 藍(lán)牙電路設(shè)計(jì)36-37
• 2.7 本章小結(jié)37-38
• 第三章 無(wú)線運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)38-51
• 3.1 STM32微處理器功能及啟動(dòng)38-39
• 3.1.1 STM32F103ZET6功能38
• 3.1.2 STM32啟動(dòng)過(guò)程38-39
• 3.2 基于IIC總線的數(shù)據(jù)采集39-46
• 3.2.1 IIC總線進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的研究39-40
• 3.2.2 基于IIC的ADXL345數(shù)據(jù)采集的軟件設(shè)計(jì)40-43
• 3.2.3 基于IIC的MPU-6050數(shù)據(jù)采集的軟件設(shè)計(jì)43-45
• 3.2.4 基于IIC的HMC5883數(shù)據(jù)采集的軟件設(shè)計(jì)45-46
• 3.3 藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖O(shè)計(jì)46-48
• 3.4 無(wú)線運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)48-49
• 3.4.1 C#及Visual Studio簡(jiǎn)介48
• 3.4.2 姿態(tài)角仿真平臺(tái)48-49
• 3.5 本章小結(jié)49-51
• 第四章 基于EMD方法的MEMS信號(hào)數(shù)據(jù)處理51-59
• 4.1 EMD方法分析51-54
• 4.1.1 EMD經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解研究51-52
• 4.1.2 EMD去噪濾波過(guò)程52-54
• 4.2 基于EMD方法的加速度計(jì)信號(hào)處理54-56
• 4.3 方位角精度測(cè)量實(shí)驗(yàn)56-58
• 4.4 本章小結(jié)58-59
• 第五章 基于四元數(shù)算法的姿態(tài)角融合及實(shí)現(xiàn)59-68
• 5.1 基于四元數(shù)的姿態(tài)解算59-61
• 5.2 MEMS輸出數(shù)據(jù)顯示61-63
• 5.3 三維姿態(tài)角的運(yùn)動(dòng)仿真63-64
• 5.4 運(yùn)動(dòng)軌跡仿真64-67
• 5.4.1 加速度與位移關(guān)系的分析64-66
• 5.4.2 運(yùn)動(dòng)軌跡仿真分析66-67
• 5.5 本章小結(jié)67-68
• 第六章 總結(jié)與展望68-70
• 參考文獻(xiàn)70-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的相關(guān)科研成果75-76
• 致謝76-77

  本文關(guān)鍵詞：基于MEMS技術(shù)的三維無(wú)線運(yùn)動(dòng)控制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：483227