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基于陀螺仪的特种车辆姿态解算器的设计

作　者: 吴新潮
导　师: 娄国伟；许长勇
学　校: 南京理工大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 陀螺仪 DSP 姿态解算模拟驾驶
分类号: U463.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

当今社会随着经济的发展,人们物质文化水平越来越高,汽车越来越普及,掌握汽车驾驶技术显得很有必要,汽车驾驶中最重要的问题就是安全性。随着陀螺传感器技术、测量技术以及DSP技术的发展和应用,汽车的智能化水平越来越高,汽车模拟驾驶系统得到了飞快的发展,应用十分广泛。本文是基于陀螺仪和DSP技术相结合开发出的一款姿态解算器,应用于特种车辆模拟驾驶系统,主要用来处理陀螺仪采集到模型车的姿态数据,模拟模型车的姿态。本文首先介绍了MEMS陀螺传感器的工作原理,课题选用ADI公司的ADIS16355微机械陀螺仪传感器采集模型车的数据,然后在阅读大量相关文献的基础上,采用TI公司生产的TMS320F2812数字信号处理器(DSP)为控制核心,以姿态解算器为研究对象,分析陀螺仪所采集到的模型车运动姿态的数据,设计出基于陀螺仪的车辆姿态解算器。在对ADIS16355陀螺仪采集模型车的数据进行了分析后,根据系统的要求制定了姿态解算器系统的整体设计方案,并提出了硬件设计方案和软件设计。硬件电路主要包括MCU电路、电源电路、时钟电路、复位电路、JTAG电路、UART电路、TOP板等；软件部分为了达到姿态解算器的精度要求,在软件开发环境CCS里面,用C语言编写系统主程序、初始化程序、中断程序、数据处理程序等等。最后,在硬件开发平台上通过实验进行了测试,给出了姿态解算器的输出波形,实验结果令人满意,表明实验平台设计合理,精度也能够达到要求,最后对本文进行了总结。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-10
  1.1 本课题研究的背景和意义  7
  1.2 陀螺仪的简介  7-8
  1.3 本课题主要研究内容及章节安排  8-10
2 陀螺仪  10-15
  2.1 陀螺仪的定义及用途  10
  2.2 陀螺仪的分类  10-11
  2.3 MEMS陀螺仪的工作原理  11-13
  2.4 ADIS16355的简介  13-15
3 姿态解算器的简述  15-21
  3.1 姿态解算器的定义及功能描述  15
  3.2 系统的总体构架及工作流程  15-17
  3.3 姿态解算器输入输出数据定义  17-19
  3.4 姿态解算器的数据通信协议  19-21
4 DSP的简介  21-29
  4.1 DSP的发展历程和技术背景  21-22
    4.1.1 DSP的发展历程  21
    4.1.2 DSP的技术背景  21-22
  4.2 DSP芯片国内外情况介绍  22
  4.3 DSP的应用领域及未来发展趋势  22-25
    4.3.1 DSP的应用领域  22-24
    4.3.2 DSP技术展望  24-25
  4.4 DSP芯片的选择  25-26
  4.5 TMS320F2812的主要性能  26-29
5 系统的硬件设计  29-41
  5.1 电源模块  29-31
    5.1.1 电源芯片TPS767D301的介绍  29-31
  5.2 异步串行接口  31
  5.3 复位和时钟  31-32
  5.4 外部RAM扩展  32-34
  5.5 MCU模块  34-35
  5.6 JTAG下载模块  35-36
  5.7 CAN总线接口  36-37
  5.8 外扩的TOP板  37-38
  5.9 硬件设计所需注意的事项  38-41
    5.9.1 PCB的布局设计  38
    5.9.2 元件的布局  38
    5.9.3 PCB布线设计  38-39
    5.9.4 PCB地线设计  39
    5.9.5 PCB板去耦电容的设计  39
    5.9.6 硬件调试应注意的问题  39-41
6 系统的软件设计部分  41-54
  6.1 系统的总体流程图  41-43
    6.1.1 仿真角度插值算法  42-43
  6.2 时钟初始化  43-45
  6.3 GPIO初始化  45
  6.4 串口通信(SCI)  45-48
  6.5 通用定时器(GP)  48-49
  6.6 中断流程  49-51
  6.7 CPU定时器  51-54
7 实验结果  54-60
  7.1 姿态解算器的结果  54-55
  7.2 遇到的问题和解决方法  55-56
  7.3 实验平台相关的照片  56-60
8 结束语  60-61
致谢  61-62
参考文献  62-64

基于陀螺仪的特种车辆姿态解算器的设计

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