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传感器网络接口及多传感器融合技术研究

作　者: 颜伟
导　师: 刘国良
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 网络串口适配器 传感器网络 多传感器融合 EM算法
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着网络技术的发展,远程的数据采集和控制技术呈现出高需求的趋势。现有以RS232/RS485协议为主要传输手段的多传感器系统已经不能满足现代工业控制等领域的要求,开发出能够实现远程网络化监测和控制的系统,并且能够兼容原有的RS232/RS485标准的设备是势在必行的。此外,在一个复杂的多传感器系统中,为了减少网络传输的数据量,有必要先进行多传感器信息的融合,传统的融合技术是将配准和融合分立地考虑的,实际上两者是相互联系、相互作用的。针对上述问题,本课题给出了相应的解决方法,主要包括如下内容:(1)设计了一个网络串口适配器;它是一个通用的网络转换设备,用户设备只需要具有RS232接口,就可以使用本适配器进行联网。由于本适配器实现了虚拟串口,将网络数据和串行数据的转换封装到虚拟串口的驱动程序中,使得最终用户只需要使用串口编程,就可以实现串口设备的网络互联,大大减少了用户软件的设计难度。网络型串口适配器包含硬件和软件两部分,硬件部分以8位处理器ATmega128L单片机为核心,加入了专用的网络协议栈芯片W5100,实现了10/100Mbps的以太网络连接。软件部分由适配器端的固件程序和计算机端的虚拟串口驱动程序两部分组成,实现了虚拟COM口和固件之间的网络数据通信。固件程序中设计了适配器的管理程序,可以通过RS232端口对适配器进行参数配置。(2)对多传感器的信息融合技术进行了研究;给出了基于期望最大化的多传感器同时配准和融合的方法,使得传感器配准和融合使用一个算法同时进行,在E步给出系统的状态,在M步给出配准参数的估计。最后,利用Matlab对一个目标的跟踪系统进行了仿真实验。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-15
  1.1 课题背景  10-11
    1.1.1 课题背景  10-11
    1.1.2 课题目的和意义  11
  1.2 国内外研究现状  11-12
  1.3 系统的功能图  12-13
  1.4 本论文的主要工作  13-14
  1.5 本论文的结构简介  14-15
第2章 系统的总体设计及相关技术基础  15-27
  2.1 系统的总体设计  15-19
    2.1.1 系统的设计目标和主要功能  15-17
    2.1.2 系统的框架图  17-18
    2.1.3 系统设计和实现中的难点  18-19
  2.2 相关技术基础  19-26
    2.2.1 RS232 标准  19-20
    2.2.2 TCP/IP 协议  20-25
    2.2.3 Windows XP 驱动简介  25-26
  2.3 本章小结  26-27
第3章 系统硬件设计  27-39
  3.1 主要器件选型  27-29
    3.1.1 主控芯片ATmega128L 介绍  27-28
    3.1.2 网络芯片W5100 介绍  28-29
  3.2 ATmega128L 主控板设计  29-34
    3.2.1 最小系统设计  29-31
    3.2.2 串口模块设计  31-32
    3.2.3 W5100 接口设计  32-34
  3.3 W5100 网络板设计  34-38
    3.3.1 W5100 原理图设计  35-36
    3.3.2 W5100 PCB 布局  36-38
  3.4 本章小结  38-39
第4章 系统固件设计  39-59
  4.1 固件开发工具  39
  4.2 系统存储器配置  39-42
  4.3 串口通信程序设计  42-45
    4.3.1 ATmega128L 串口相关寄存器  42-43
    4.3.2 串口收发程序设计  43-45
  4.4 系统管理程序设计  45-51
    4.4.1 网络配置子程序  48-50
    4.4.2 端口配置子程序  50-51
    4.4.3 ping 请求子程序  51
  4.5 网络应用程序设计  51-58
    4.5.1 接口函数的设计  52-54
    4.5.2 TCP 程序设计  54-57
    4.5.3 UDP 程序设计  57-58
  4.6 本章小结  58-59
第5章 虚拟串口驱动程序设计  59-68
  5.1 虚拟串口驱动功能  59-60
  5.2 开发环境  60-63
  5.3 虚拟串口驱动程序  63-65
    5.3.1 标准串口驱动的修改  64
    5.3.2 驱动程序与适配器通信  64-65
  5.4 驱动安装程序  65-67
    5.4.1 INF 安装文件  66-67
  5.5 本章小结  67-68
第6章 系统整体测试  68-75
  6.1 系统连接图  68-69
  6.2 管理程序应用测试  69-71
  6.3 ping 请求测试  71-72
  6.4 TCP 通信测试  72-73
  6.5 UDP 通信测试  73-74
  6.6 本章小结  74-75
第7章 多传感器同时配准和融合方法研究  75-84
  7.1 概述  75
  7.2 期望最大化算法  75-76
  7.3 运动目标建模  76-78
  7.4 EM 算法在目标跟踪过程的实现  78-80
  7.5 仿真实验  80-83
  7.6 本章小结  83-84
结论  84-85
参考文献  85-89
附录  89-92
致谢  92

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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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