物联网与云计算课程大作业

大连理工大学本科生设计

空间轨迹追踪系统

学 院（系）： 软件学院 专 业： 嵌入式 学 生 姓 名： 颜飞龙 学 号： 201392241 完 成 日 期： 2015年12月27日

研究背景：

在计算机技术高速发展的今天，人们对空间轨迹追踪和智能人体动作识别越来越重视。如今大型的导航系统如美国的GPS、中国的北斗、欧洲伽利略等都提供的民用的接口用来导航和轨迹追踪。然而，在人机交互领域以及物联网领域常用的轨迹追踪的方法大部分是通过超声波、激光、影像恢复等手段，这些方法有优点也有缺点。优点是这些设备的精度可以达到非常高，某些激光测距的精度可以达到微米级，但是它们也有缺点。首先激光受到激光光照范围的限制，影像恢复受到摄像机的摆放地点以及可拍摄的范围的限制。另外的缺点就是造价成本太高，不适合推广使用。此外，这些设备的体积大部分都比较大，一般都是固定在某个位置检测移动物体的轨迹。这样就大大影响了这些设备的使用范围和场景。在计算机技术高速发展的今天，我们为什么不好好利用这科技的春天来设计一套更加便捷，适用范围更广，造价更便宜的空间轨迹追踪系统呢？为此，本论文提出另外一种可用来实现轨迹追踪的系统。本系统主要通过携带在目标物体上的可移动节点来检测被测目标当前的运动状态，然后将得到数据发送到可移动设备如：手机、平板电脑等，也可以将数据发送到笔记本电脑上通过一系列的处理计算得出目标物体的运动轨迹。由于本系统是可携带的，也就突破了场景和范围对系统的限制。虽然测量的精度比不上激光，影像恢复等，但是，本系统造价低，体积小，应用范围广，系统的维护成本低，对于那些对精度的要求不是太高的场景有十分重要的应用价值。

一：空间轨迹追踪系统硬件设计

1.1:系统总体结构与功能

接下来是对系统的详细介绍。硬件系统包括移动端和基站端两个组成部分。移动端主要实现加速度信号采集，A/D转换，数字滤波和信号发送功能；基站端主要实现信号接收以及信号处理功能。同时，为了方便数据传送和方便使用，系统采用无线通信模式。系统的总体结构框架图如下图1-1所示：

图1-1：系统结构框架移动端主要是由加速度传感器，陀螺仪，处理器和RF发送电路组成。在这一部分，加速度传感器和陀螺仪分别将得到的数据传送给处理器，在经过处理器的打包，简单的处理之后，由RF发送电路发送到基站端进行计算处理。

图1-2：移动端图

基站端主要由RF无线接收电路，处理器和计算机串口通信电路组成。基站端的结构示意图如图1-3所示。

图1-3：基站端图

1.2：主要硬件介绍

由于时间的限制，此次使用的移动端节点是之前设计并制作好的，接下来主要是简单介绍各个硬件：

1.2.1：加速度传感器

传感器是的一个重要组成部分。本次采用的一种压力传感器，其主要参数如下： 1、供电电压：2.35V-2.7V，数字I/O电压：1.7V-2.7V 2、测量范围：土2g 3、数据接口：SPI，I2C

4、内置缓存器存储每轴64次采样存储，有中断信号输出 5、运动和自由落体探测触发中断输出 1.2.2：陀螺仪

陀螺仪是一种被用于测量物体选择速度或者旋转角度的仪器。陀螺仪一般是根据物体在运动时产生的震动的原理来得出旋转角。本次使用的陀螺仪具体参数与特性如下：

1.2.2：RF无线收发芯片

射频（Radio Frequency）简称RF。射频即为射频电流，它是一种高频交流变化电磁波的简称。RF收发电路是工作在射频频段的无线通信电路，通常包括信号发送和信号接收两个组成部分。

nRF24E1收发器通过内部并行口或者是SPI总线与其它模块通信。该芯片有低速数据输入，高速数据输出的特点，特别适合实时的采集数据发送。此外，它还有载波检测功能，能很好地避免在同一工作频率下不同发射器数据包之间的碰撞。

1.3：电路设计

基于加速度传感器的空间追踪系统硬件电路主要由两部分组成，分别为加速度采集发送电路和数据接收电路。加速度采集发送电路是移动端电路，数据接收电路是基站端电路。 1.3.1：加速度采集和发送电路设计

加速度采集与发送系统 即移动端，主要由三轴加速度传感器SCA3000-D01、三轴陀螺仪ADIS16355、数据处理与通信芯片nRF24E1、外部存储器E2PROM等器件组成。如图1-4所示