基于MEMS的汽车运动信息采集与分析系统设计

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随着我国经济的高速发展,机动车的数量在迅速增加,因此而引发的交通事故也随之增多,驾驶技术不熟练、不良的驾驶习惯、醉酒驾车、不遵守交通规则等都是导致交通事故发生的原因。其中不良的驾驶习惯主要表现在开车时注意力不够集中,对前方路况缺乏提前预见和判断,在行驶过程中频繁进行急加速、急刹车、急拐弯等操作。这样给道路上的行人和其它车辆带来危险就要大很多。因此,通过分析汽车行驶过程中的运动状态,对驾驶员驾驶习惯进行评判,将会起到规范驾驶行为,预防交通事故发生的作用。本课题设计了基于MEMS的汽车运动信息采集与分析系统,通过加速度计和陀螺仪采集汽车行驶过程中的加速度和角速度信息,用角速度信息描绘出运动轨迹,加速度信息设计出振动评估算法。在根据实验数据设计算法评估汽车内的舒适程度,驾驶员的通过这些并用这些信息还原汽车运动轨迹,通过平面轨迹还原算法对汽车振动进行评估。本系统由采集装置和数据分析处理软件两部分构成。研究工作包括以下内容。第一部分介绍了国内外汽车运动信息研究的现状、背景和意义,以及本课题的主要研究内容、难点和重点。第二部分详细描述了采集装置的结构、硬件电路设计和系统软件设计。电路中的微控制器采用了瑞萨电子的μPD78F0485单片机,其它主要芯片有三轴数字加速度计ADXL345,单轴陀螺仪ENC-03MB,2G容量的TF存储卡,液晶显示屏、触摸屏等。系统软件固化于单片机中,用于控制硬件电路和处理分析数据。第三部分主要介绍对数据的处理和分析过程,描述了所设计的一种二维平面内的轨迹还原算法,并根据国际标准IS02631-1:1997对驾驶环境的舒适程度做出了定性评价。最后,对本课题的研究工作进行了总结和展望。本文涉及了汽车舒适度评估方法,在相关领域具有更深的研究意义。同时根据现有结论,本文展望了更进一步的研究,可以在3维数据、舒适度模型和轨迹还原精读等方面进行改进。
中文摘要第10-11页
ABSTRACT第11-12页
第1章 引言第13-17页
    1.1 课题背景及意义第13页
    1.2 国内外研究现状第13-14页
    1.3 主要研究任务和目标第14-17页
第2章 系统硬件设计第17-29页
    2.1 系统功能结构第17-18页
    2.2 微控制器外围电路第18-19页
    2.3 采集电路第19-21页
        2.3.1 加速度计ADXL345第19页
        2.3.2 陀螺仪ENC-03MB第19-21页
    2.4 存储电路第21-22页
    2.5 输入输出接口电路第22-24页
        2.5.1 按键控制电路第22-23页
        2.5.2 触摸屏控制电路第23页
        2.5.3 液晶显示屏电路第23-24页
    2.6 实时时钟电路第24-25页
    2.7 电源电路第25-27页
        2.7.1 稳压电路第25-26页
        2.7.2 充电管理电路第26-27页
    2.8 本章小结第27-29页
第3章 系统软件设计第29-41页
    3.1 采集程序第29-33页
        3.1.1 加速度计ADXL345驱动程序第29-32页
        3.1.2 陀螺仪ENC-03MB驱动程序第32-33页
    3.2 存储程序第33-37页
        3.2.1 TF存储卡驱动程序第33-34页
        3.2.2 实时存储程序第34-35页
        3.2.3 存储格式设计第35-37页
    3.3 输入输出接口程序第37-39页
        3.3.1 显示存储信息第37-38页
        3.3.2 设置硬件系统参数第38-39页
    3.4 本章小结第39-41页
第4章 平面轨迹还原算法第41-55页
    4.1 平面轨迹还原算法原理第41-42页
    4.2 滤波器设计第42-43页
    4.3 加速度补偿算法第43页
    4.4 速度补偿算法第43-44页
        4.4.1 方案一:平台初始和结束状态静止第44页
        4.4.2 方案二:平台沿着坐标轴运动第44页
    4.5 平面轨迹还原算法步骤第44-45页
    4.6 室内轨迹还原实验第45-49页
        4.6.1 一次转弯实验第45页
        4.6.2 两次转弯实验第45-46页
        4.6.3 三次转弯实验第46-47页
        4.6.4 四次转弯实验第47页
        4.6.5 典型案例分析第47-48页
        4.6.6 室内实验结果分析第48-49页
    4.7 室外轨迹还原实验第49-53页
        4.7.1 两次转弯实验第50页
        4.7.2 四次转弯实验第50-51页
        4.7.3 正常行驶实验第51页
        4.7.4 汽车调头实验第51-52页
        4.7.5 汽车摇摆实验第52页
        4.7.6 “8”字路线实验第52-53页
    4.8 本章小结第53-55页
第5章 汽车振动评估算法第55-63页
    5.1 振动评估算法原理第55页
    5.2 振动评估算法步骤第55-57页
    5.3 算法样例第57-58页
    5.4 实验结果分析第58-61页
        5.4.1 静止实验第58-59页
        5.4.2 正常驾驶实验第59页
        5.4.3 持续摇摆实验第59-60页
        5.4.4 连续路障实验第60页
        5.4.5 急转弯实验第60-61页
    5.5 本章小结第61-63页
第6章 总结与展望第63-65页
    6.1 总结本文工作第63页
    6.2 进一步的展望第63-65页
参考文献第65-67页
攻读学位期间取得的研究成果第67-68页
致谢第68-69页
个人简况及联系方式第69-71页
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