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基于C8051F120的多传感器融合的智能定位装置的设计

作　者: 卢悦
导　师: 李玉惠
学　校: 昆明理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: C8051F120 GPS 电子罗盘 激光测距模块 多传感器融合技术
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


GPS在导航、定位、测速、定向方面有着广泛的应用,但由于其信号常被地形、地物遮挡,导致精度大大降低,甚至不能使用。尤其在高楼林立的城区和植被茂密的林区,GPS信号的有效性仅为60%。并且在静止的情况下,GPS也无法给出航向信息。为弥补这一不足,一般可以采用组合导航定向的方法。本方案利用多个高性能的传感器模块进行数据融合,它可以对GPS信号进行有效补偿,能够更加准确对目标物进行定位。由于人们对人和事物的具体信息越来越关注,所关心目标的智能、精确的定位技术也受到了大家的特别关注。本设计是一个基于多传感器融合的智能目标定位装置的设计。本装置将多传感器融合技术引入到目标定位中,使目标定位更灵活更精确。系统在硬件上主要由以片内资源丰富、运行速度快且支持全速在线调试的CygnalC8051F120系列单片机作为主控芯片的中央控制模块、数据采集模块和显示模块组成。数据采集模块的主要功能是采集GPS接收模块、电子罗盘和激光测距模块的数据,并将这些数据进行初步处理,如提取GPS接收模块数据中的经度和纬度信息。中央控制模块控制数据采集模块读取各传感器的值后,再将这些数据进行融合,以此推算出所关心的目标点的精确坐标。显示模块我们用的是DMT32240T023液晶显示屏,与中央控制模块用RS232进行通信,主要功能是将存于中央控制模块中的各传感器的数据以及目标点的坐标信息显示出来,让观测更加直观和方便。本设计通过keil软件、silicon laboratories IDE软件进行程序的在线调试,验证了设计思路的正确性,完成了多传感器融合的定位装置的设计。系统设计特点如下：1本设计是分模块设计的,先设计了中央控制模块,即中央控制器和他的外围接口和辅助电路的设计,中央控制模块由电源板、输入输出板、CPU处理板、通讯板组成,易查错误,容易检修。2本设计基于C8051F120的多传感器融合的定位装置的设计,主控芯片通过控制12C串行总线、串口、模数转换模块与电子罗盘模块、GPS模块、激光测距模块进行数据交换,再将从几个传感器上读取的数据进行运算,得到目标点的具体地理位置的经度和纬度信息。3从主控芯片的选择上来说,本设计选用的主控芯片运行速度快,资源丰富,有12C接口、串口、模数转换模块、SPI等外围接口,与传感器连接设计简单、方便。开发周期短。4本设计从定位功能上来说,能够给出两个目标点的经度和纬度信息,即装置所在地的地理坐标和所关心的目标点的坐标。能实现空间目标点的定位。5本设计从应用方面来说,应用范围广且应用方式灵活多变,由于在设计时预留了外围的接口,因此该设计即可独立的作为定位装置使用,又可以作为其它智能产品的一部分,用于研制新的产品。6该装置体积小,开发成本低,性能稳定。7该装置除了有定位功能,还有测距功能。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-14
  1.1 背景介绍  10-11
  1.2 目标定位研究现状  11-12
    1.2.1 星定位  11
    1.2.2 磁定位  11
    1.2.3 声定位  11-12
    1.2.4 光定位  12
  1.3 本课题研究的基本任务与要求  12-13
  1.4 论文章节安排  13-14
第二章 目标定位系统功能及总体架构介绍  14-26
  2.1 系统的组成及功能介绍  14-17
    2.1.1 目标定位装置的整体硬件结构  15-16
    2.1.2 系统的软件设计  16-17
  2.2 中央控制模块的硬件设计  17-25
    2.2.1 电源板设计  17-18
    2.2.2 输入输出板设计  18-19
    2.2.3 CPU处理板的设计  19-22
    2.2.4 通讯板的电路设计  22-25
  2.3 本章小节  25-26
第三章 电子罗盘模块设计  26-38
  3.1 电子罗盘原理  26-27
  3.2 采集SCH9003_D02模块数据的硬件设计  27-29
    3.2.1 SCH9003_D02模块介绍  27-28
    3.2.2 硬件连接设计  28-29
  3.3 SMbus总线介绍  29-32
    3.3.1 SMBus协议  30
    3.3.2 总线仲裁  30-32
  3.4 电子罗盘模块的软件设计  32-36
    3.4.1 I2C总线通讯命令  32-33
    3.4.2 I2C总线数据通讯时序介绍  33-35
    3.4.3 软件设计流程  35-36
  3.5 本章小节  36-38
第四章 GPs模块设计  38-48
  4.1 GPS基础知识介绍  38-39
  4.2 GPS接收模块硬件设计  39-44
    4.2.1 IT500-PCB-0151模块介绍  39-40
    4.2.2 GPS模块的串行数据接口规范  40-43
    4.2.3 IT500-PCB-0151实际应用中的硬件设计  43-44
  4.3 程序设计  44-47
  4.4 本章小节  47-48
第五章 激光测距模块  48-56
  5.1 激光测距的原理  48-49
  5.2 模数转换模块介绍  49-52
    5.2.1 模拟多路开关和PGA  50-51
    5.2.2 ADC的工作方式  51
    5.2.3 ADCO可编程窗口检测器  51-52
  5.3 激光测距传感器在C8051F120系统中的硬件电路及软件的设计  52-54
    5.3.1 激光测距传感器在应用中的硬件电路设计  52-54
  5.4 本章小结  54-56
第六章 多传感器融合算法及显示  56-64
  6.1 多传感器融合技术介绍  56-59
    6.1.1 基本概念及融合原理  56-57
    6.1.2 多传感器融合的结构  57
    6.1.3 多传感器数据融合方法  57-58
    6.1.4 多传感器融合技术在课题中的应用  58-59
  6.2 液晶显示的硬件和软件设计  59-60
    6.2.1 液晶屏的介绍  59-60
  6.3 硬件设计  60
    6.3.1 液晶显示屏在中央控制模块中的应用硬件设计  60
  6.4 软件设计  60-63
    6.4.1 RS232协议简介  61
    6.4.2 串口说明  61-63
  6.5 本章小结  63-64
第七章 系统的调试与运行结果  64-69
  7.1 软件调试平台介绍  64
  7.2 IDE界面组成部分  64-66
  7.3 调试准备步骤  66-67
  7.4 软件下载及系统运行  67-68
  7.5 本章小结  68-69
第八章 工作总结与展望  69-71
  8.1 论文的工作总结  69-70
  8.2 进一步工作展望  70-71
致谢  71-73
参考文献  73-76
附录A:攻读学位期间发表论文  76-78
附录B:中央控制模块硬件电路设计原理图  78-84

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器 > 传感器的应用
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