基于RS232角度传感器的软件设计开题报告

西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文)开题报告题目：基于RS232角度传感器的软件设计系别电子信息专业通信工程班级B090310姓名贠鸽学号B09031045导师秦刚2012年12月26日一、题目背景和意义角度传感器的姿态测量在国防、航空、航天航海以及工业控制等各个方面都有着重要的作用。在国防试验中导弹的飞行姿态，航空航天对卫星和火箭姿态的测量，工业控制中对机器、产品的精确控制，都离不开姿态的精确测量。随着姿态测量系统的不断完善和发展，空间信息的快速获取和自动化控制是空间信息获取技术的核心，对目标的姿态测量成为了航空、航天、航海等领域一直研究的问题。而载体的姿态信息是操作、控制系统和实现系统功能所必须的条件。常用的载体有飞行器、卫星、船舶、机器人、汽车、列车、导弹、火炮、坦克、舰船、潜艇直至航天飞机等。为了完成其特殊使命，不但要准确的知道其运动的方向，其运动的姿态也是必须知道的。因此，对姿态传感器测量系统的研究是一件非常有意义的工作。在车辆控制中，车体姿态是其重要参数，姿态信息的准确获得对车辆的控制有着至关重要的作用，其测量方法、测量精度与测量系统的性能和成本密切相关。在海洋的测量设备中，姿态传感器是为测量船体或水中拖体的动态变化而设计，可以测量载体的左右摇摆和前后颠簸状态因而需要设计一款精度高，体积小，工作可靠，操作简便的姿态测量系统，完成对测量目标俯仰角、横滚角、方向角的实时测量。二、国内外研究现状目前国外应用与姿态角的测量方法有很多种。根据测量精度和实时响应速度的不同，主要有机械式和电子式，捷联式的姿态测量系统也在飞机、舰船、车辆、石油平台钻井以及机器人控制方面有着广泛的应用。美国的Gibbs&Associates公司设计生产的多种电子数字罗盘已经应用于GM、FORD和CHRYSLER公司的汽车导航上。Honeywell公司生产的芯片级(HMC)磁阻传感器和产品级(HMR)磁阻传感器模块已经有相当成熟的产品。如HMR3300系列，其航向精度一般在±0.5度，俯仰角和横滚角精度为±0.2度，更新速率20Hz，价格近万元。国内星网迅达公司生产的XW-EC系列三维电子罗盘，内嵌了温度传感器和温度补偿算法，具备了HMR3300系列同样的精度，价格相对较低。另外，国内一些大学如西北工业大学、南京航空航天大学等也在这方面取得了一些成果。三、研究的主要内容针对系统要实现的功能，研究姿态传感器系统的组成，确定系统的总体框架结构。根据单片机MC9S12XS12芯片并运用C语言进行软件设计，实现系统功能设计。四、研究方法1.具体研究方案a.分析常用的姿态传感器技术，总结其优缺点，结合本系统的实际需要选用惯性传感器系统，芯片选用并通过实验对其可行性进行了验证；b.完善软件系统设计思路的细节，主要学习研究主要实现采集数据，处理数据，算法的实现，以及驱动底层设备的任务；c.通过对各种软件设计方法的研究，采用模块化编程思想，在此基础上运用C语言完成系统软件的设计；d.对姿态传感器整体的调试，提高软硬件工作的可靠稳定性，并对运行的数据进行分析，检验该系统的性能是否达到设计的要求；e.总结系统设计中存在的缺陷和不足，提出改进思路。2.姿态传感器硬件系统方框图如图1所示。水平方向竖直方向微控制器模块电源RS232存储器图1姿态传感器硬件系统方框图姿态角传感器的硬件，主要是以单片机为处理为核心两个倾角传感器共同完成数据采集及处理并通过RS232将整个处理结果上位机。3.软件设计方案一个好的硬件平台只有搭配了好的软件才可以发挥出它应有的功效。因此，软件的设计方法就显得十分的重要，这在很大程度上取决于系统软件的结构是否合理，方法是否得当。在软件的编程过程当中，通常用到四种方法：过程化、模块化—结构化、面向对象以及面向智能体的编程方法。比较以上四种编程方法，并结合考虑智能车系统的特点，设计中采用了模块编程方法。这种模块编程方法是将一个相对比较复杂的系统分解为若干个小程序来处理，各个小程序之间有着紧密的关联，这样的处理在一定程序上简化了编写过程。姿态传感器软件设计结构如图2所示。初始化模块数据采集处理模块通信模块存储模块软件系统框图图2软件设计结构本课题软件设计由以下几个模块组成：a.初始化模块：在这个模块中主要是对单倾角传感器以及MC9S12X128芯片各端口的初始化，串口通信的初始化等。b.数据采集处理模块:在这个模块中，运用单片机I/O口模拟SPI时序采集两个倾角传感器的数据，角度数据的滤波程序、角度数据的温度补偿程序等。c.总线通信模块：该模块包含一个接收中断，该模块主要完成配置主控制器通信模块的收发模式，解析数据，发送数据功能。d.数据存储模块：该模块主要完成存储系统正常运行时所需要的重要数据包括向存储器写数据，从存储器读数据等功能。五、研究的重点及难点1.软件系统的重点在这个姿态传感器系统中，软件补偿是一个重点，由于车体工作时速度较快，抖动厉害，通过软件补偿提高测量精度能够使控制系统更好的采取相应的措施以保证整个车体平稳不会发生倾覆。2.软件系统的难点在软件运行系统中各个模块算法运行的优先级别以及整个程序优化都将是一个难点，需要大量的工作对软件系统的设计、实验和改进。六、针对课题的研究，前期已开展的工作(1)查找搜集需要使用的各类传感器控制的有关资料，学习掌握单片机功能接口技术的应用。(2)查阅姿态传感器技术相关的书籍，了解其工作原理。(3)根据控制要求初步确定研究方案。七、设计的基本要求及进度安排(1)17—18周，前期准备工作，完成毕业设计所需资料的收集。(2)18—19周，完成开题报告撰写并进行开题答辩。(3)19—新学期3周，完成整体方案设计及程序设计。(4)4—5周，撰写中期报告，进行中期答辩。(5)6—11周，将整个系统进行调试及整合进行演示，并撰写毕业论文。(6)12—13周，准备终期答辩。指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见）指导教师：年月日所在系审查意见：系主管领导：年月日参考文献[1]楼顺天,周佳社.微机原理与接口技术[M].北京:科学出版社,2006.[2]何立民.单片机应用技术选编[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.[3]戴梅萼,史嘉权等.微型计算机技术及应用(第三版)[M].北京:清华大学出版社,2005.[4]谭浩强.C语言程序设计(第三版)[M].北京:清华大学出版社,2005年07月.[5]李朝清.单片机原理及接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,1998.[6]李勋.单片机应用实例[M].北京:北京航空航天大学出版社,2000.[7]蔡皓东.计算机网络技术[M].北京:科学出版社,2004.[8]李伟.小型微型计算机系统[M].北京:清华大学出版社,2004.[9]宋君烈.倒立摆系统的Lagrange方程建模与模糊控制[J].东北大学学报(自然科学版),2002.[10]毛强.基于MEMS技术的倾角传感器的研制.计算机测量与控制,2006.[11]ParkinRE.Appliedrobotivanalysis[M].Cliff:PrenticeHallEnglewood,1991.[12]AMEHelp7.0a:AMESimon-linedocumentation[EB].France:IMAGINESA,2007.8.[13]周继明.传感器技术与应用[M].长沙:中南大学出版社,2005.[14]清华Motorola单片机应用开发研究中心.HCS12开发工具包.[15]FANKC.Asidegeeof-freedommeasurementsystemforthemotionaeeuraeyoflinearstages[J].InternationalJournalofMaehineToolsandManufaetUring,1998,38(3):155.