【正文】 13SCL/SCLK14U2ADXL345GNDGND3V33V3C4GND3V3R2R3SCLSDAINT1INT2 12P6Header 2104C610uFC7Vout2 1Vin3U3LM1117GND104C810uFC93V3104C10104C11GND Vdd_IO1SCL_SPC2SDA/SDI/SDO3SDO/SA04CS5DRDY/INT26INT7RES8RES9RES10RES11RES12GND13PLLFILT14RES15Vdd16U4L3G42003V3GND3V33V310nFC13470nFC1210KR910uFC15100nfC14SCLSDADRDYINT0 1234567891011121314151617P11234
。在抽取五個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)中，絕對(duì)誤差保持在的范圍內(nèi)，相對(duì)誤差則不是在一個(gè)小范圍內(nèi)，并且絕對(duì)誤差沒(méi)有隨著變量的規(guī)律變化和絕對(duì)誤差的變化而規(guī)律變化。 測(cè)試數(shù)據(jù) 通過(guò) Usart串口將 kalman 濾波前和濾波后的歐拉角發(fā)送到電腦上的 SerialChart軟件上畫(huà)圖表示，通過(guò)將數(shù)據(jù)做出圖表，如下圖 14 俯仰角 (Pitch)濾波前后對(duì)比圖所示，含有圓點(diǎn)的曲線為俯仰角還沒(méi)經(jīng)過(guò) kalman 濾波的數(shù)據(jù)曲線，線寬粗的曲線表示 kalman 濾農(nóng)業(yè)機(jī)械車(chē)輛的姿態(tài)角監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì) 18 波后的數(shù)據(jù)曲線。數(shù)據(jù)輸出正確后，則將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行四元素算法的轉(zhuǎn)換，每計(jì)算一次則轉(zhuǎn)換成歐拉角， Kalman 濾波后，通過(guò) Usart 串口將未濾波前和濾波后的歐拉角數(shù)據(jù)發(fā)送到電腦上，用 SerialChart 軟件進(jìn)行波形顯示對(duì)比。在本系統(tǒng)中我們都進(jìn)行了仔細(xì)的檢查，所以此步驟不會(huì)發(fā) 生故障，這一步如果檢查不細(xì)通電后可能會(huì)造成不可想象的后果，所以這一步也至關(guān)重要。各通道接收地址(RX_ADDR_P0~RX_ADDR_P5)與發(fā)送端地址 (TX_ADDR)相同 (其中通道 25 只需設(shè)置低 8 位地址，高 32 位地址與通道 1 相同，無(wú)需設(shè)置 )，各通道接收數(shù)據(jù)長(zhǎng)度設(shè)置為 4 個(gè)字節(jié)，各通道工作頻率設(shè)為 (收發(fā)保持一致 )，各通道發(fā)射速率為 1Mb/s。 濾波方程：濾波方程的目的就是利用第 k1 時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值、第 k 時(shí)刻的觀測(cè)值和第 k 時(shí)刻的增益值，來(lái)估計(jì)第 k 時(shí)刻的狀態(tài)值 (籍穎， 20xx)。應(yīng)用四元數(shù)時(shí)要進(jìn)行歸一化，即使它的模值為 1。 農(nóng)業(yè)機(jī)械車(chē)輛的姿態(tài)角監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì) 13 讀取數(shù)據(jù)過(guò)程：在定時(shí)器中對(duì)傳感器 ADXL345 和 L3G4200 進(jìn)行定時(shí)采集數(shù)據(jù)，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行中值濾波，濾波后的數(shù)據(jù)和定時(shí)的時(shí)間代入主程序中的四元數(shù)算法進(jìn)行計(jì)算，得出四個(gè)元素值和轉(zhuǎn)換為歐拉角。 HMC5883電路圖 如下圖 8 所示為磁阻傳感器 HMC5883 的電路圖，與 STM32F103VCT6 通過(guò) I2C 接口連接。表 4 所示為 ADXL345 各引腳 功能描述。該器件提供多種管腳 名稱 功能 1 VDD 供電 3－ 2 SCL/SPC I2C串行時(shí)鐘 /SPI串行時(shí)鐘 3 SDA/SDI/SDO I2C串行數(shù)據(jù) /SPI串行數(shù)據(jù)輸入 /3wire串行接口數(shù)據(jù)輸出 4 SDO/SA0 SPI串行數(shù)據(jù)輸出 /I2C設(shè)備最低位有效 5 CS 模式選擇： ； 6 DRDY 數(shù)據(jù)就緒 7 詮釋 可編程中斷 8~12 保留 連接到 GND 13 GND 接地 14 PLLFILT 鎖相環(huán)環(huán)路濾波器 15 保留 連接到 VDD 16 VDD 電源 表 3 L3G4200 各引腳功能 農(nóng)業(yè)機(jī)械車(chē)輛的姿態(tài)角監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì) 10 特殊檢測(cè)功能 (袁西， 20xx)。如果 SDO 引腳連接到高電平， LSB 的地址 1101001xb 中的是，即為地址 1101001b。 Vdd_IO1SCL_SPC2SDA/SDI/SDO3SDO/SA04CS5DRDY/INT26INT7RES8RES9RES10RES11RES12GND13PLLFILT14RES15Vdd16U4L3G42003V3GND3V33V310nFC13470nFC1210KR910uFC15100nfC14SCLSDAINT0DRDY 圖 6 陀螺儀電路圖 農(nóng)業(yè)機(jī)械車(chē)輛的姿態(tài)角監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì) 9 L3G4200陀螺儀工作特點(diǎn) L3G4200 可提供三個(gè)不同的量程 (177。 nRF24L01 的配置寄存器共有 25 個(gè)，常用的配置寄存器如表 2 所示。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊，并融合了增強(qiáng)型 ShockBurst 技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過(guò)程序進(jìn)行配置。時(shí)鐘電路由兩個(gè) 22pF 電容和一個(gè) 晶振構(gòu)成，為定時(shí)器提供穩(wěn)定的外部時(shí)鐘。 農(nóng)業(yè)機(jī)械車(chē)輛的姿態(tài)角監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì) 4 方案三：采用 LED7 段數(shù)碼顯示管顯示，其成本低，容易顯示控制，但不能顯示字符。 20xx dps 三種量程，工作在溫度范圍內(nèi)， 16 位數(shù)據(jù)的輸出，可通過(guò) SPI(3 線或 4 線 )或者 I2C 數(shù)字接口訪問(wèn)，使用方便，成本低，外圍電路簡(jiǎn)單。 ADXL345 最大量程可以達(dá)到177。三軸陀螺和加速度計(jì)具有 14 位分辨率，陀螺的測(cè)量范圍可配置農(nóng)業(yè)機(jī)械車(chē)輛的姿態(tài)角監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì) 3 為、加速度計(jì)的測(cè)量范圍為177。 方案二：采用 TI(德州儀器 )生產(chǎn)的 C2430 無(wú)線通信模塊，此模塊采用 Zigbee 總線模式，傳輸速率可達(dá) 250kbps，且內(nèi)部集成高性能 8051 內(nèi)核。它的主頻高達(dá) 16MHz，片內(nèi)集成 16KB 的閃存存儲(chǔ)器 (Flash)、 512 字節(jié)的 EEPROM、 1K 的 SRAM，另外指令系統(tǒng)豐富， I/O 的控制和擴(kuò)展功能較強(qiáng)。 農(nóng)業(yè)機(jī)械姿態(tài)角的檢測(cè)系統(tǒng)作為“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”技術(shù)的重要一部分，擔(dān)任著反饋橋梁的作用。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析，結(jié)果表明，采用 ADXL34 L3G4200 和 HMC5883 的三者的數(shù)據(jù)融合處理后得出的數(shù)據(jù)絕對(duì)誤差小于 10%。農(nóng)業(yè)機(jī)械車(chē)輛的姿態(tài)角監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 農(nóng)業(yè)機(jī)械車(chē)輛的姿態(tài)角監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì) 農(nóng)業(yè)機(jī)械車(chē)輛的姿態(tài)角監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì) 摘 要 姿態(tài)角是一個(gè)非常重要的參數(shù)。通過(guò) nRF24L01 無(wú)線發(fā)送接收模塊，可以實(shí)現(xiàn)姿態(tài)角的實(shí)時(shí)檢測(cè)的功能。實(shí)施現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)也就是利用現(xiàn)代化高科技技術(shù)到現(xiàn)在的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，目前我國(guó)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的大致趨向是在農(nóng)機(jī)機(jī)械在實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的基礎(chǔ)之上，把各種高科技技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，例如全球衛(wèi)星定位技術(shù)、地理信息技術(shù)及 3D 遙感技術(shù)等，最終實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化、科學(xué)化、智能化，能夠達(dá)到高效產(chǎn)出的效果，并且能夠保護(hù)生態(tài)環(huán)境進(jìn)而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的最終的目標(biāo)。 農(nóng)業(yè)機(jī)械車(chē)輛的姿態(tài)角監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì) 2 方案二： ATmega16 芯片是 ATmel公司一款 8 位微處理器。 無(wú)線通信模塊方案 方案一：采用 GSM(Global System for Mobile)模塊進(jìn)行通信， GSM 模塊需要借助移動(dòng)衛(wèi)星或者手機(jī)卡，雖說(shuō)能夠遠(yuǎn)距離傳輸，但是其 成本較大，且需要內(nèi)置 SIM(Subscriber Identity Module)卡，通信過(guò)程中需要收費(fèi)，后期成本較高。 ADIS16355 具有三軸陀螺和三軸加速度計(jì)。 ADXL345 是 AD(IAnalog Devices, Inc.)公司于 20xx年發(fā)布的一款數(shù)字式三軸加速度計(jì)傳感器。 500dps、177。 方案二：采用字符液晶 LCD1602 顯示信息， LCD1602 是一款比較通用的字符液晶模塊，能顯示字符和數(shù)字等信息，且價(jià)格便宜，容易控制。晶振電路由兩個(gè) 10pF 左右電容和一個(gè) 8MHz 晶體振蕩器構(gòu)成。 P7++CE1CSN2SCK3MOSI4MISO5IRQ6VDD7VSS8XC29XC110VDD_PA11ANT112ANT213VSS14VDD15IREF16VSS17VDD18DVDD19VSS20NRF24L011 216MY11MR122pFC122pFC2C3C415pFC515pFC612nHL1L2L310nFC91nFC833nFC722KR2E1CECSNSCKMOSIMISOIRO 圖 3 nRF24L01 模塊電路原理圖 接口電路 nRF24L01 是一款新型單片射頻收發(fā)器件，工作于 GHz～ GHz ISM(Industrial Scientific Medical)頻段。 nRF24L0l 所有的配置字都由配置寄存器定義，這些配置寄存器可通過(guò) SPI口訪問(wèn)。 陀螺儀電路圖 圖 6 所示為陀螺儀電路圖，表 3 所示為 L3G4200 各引腳功能。 SDO 引腳可被用來(lái)修改設(shè)備的地址有效位。 16g)，可通過(guò) SPI(3 線或 4 線 )或 I2C 通信接口輸出 16 位二進(jìn)制補(bǔ)碼格式的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，其可工作在溫度范圍內(nèi)。 加速度計(jì)電路圖 圖 7 所示為加速度計(jì)的電路圖，與 STM32F103VCT6 通過(guò) I2C 接口連接。通過(guò)施加供電電源，傳感器可以將量測(cè)軸方向上的任何入射磁場(chǎng)轉(zhuǎn)變成一種差分電壓輸出。 AGND31X113X212RESET9PD2 (INT0)16PD3 (INT1)17PD4 (OC1B)18PD5 (OC1A)19PB0 (T0)1PB1 (T1)2PB2 (AIN0)3PB3 (AIN1)4PB4 (SS)5PB5 (MOSI)6PB6 (MISO)7PB7 (SCK)8(ADC0) PA040(ADC1) PA139(ADC2) PA238(ADC3) PA337(ADC4) PA436(ADC5) PA535(ADC6) PA634(ADC7) PA733PC022PC123PC224PC325PC426PC527(TOSC1) PC628(TOSC2) PC729PD7 (TOSC2)21PD6 (ICP)20AVCC30AREF32PD1 (TXD)15PD0 (RXD)14GND11VCC10RGND5V1222pfC1622pfC17RGND12345678 12345678B0B1B2B3ssmosimisosckA0A1A2A3A4A5A6A7RESET 圖 9 ATmega16 單片機(jī)模塊電路圖 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì) 發(fā)送端流程 初始化過(guò)程：進(jìn)行對(duì) STM32F103VCT6 進(jìn)行基本配置，包括時(shí)鐘的配置和引腳的配置，初始化定時(shí)器，初始化并配置 ADXL345 傳感器和 L3G4200 傳感器，初始化無(wú)線模塊 NRF24L01；對(duì) ADXL345 傳感器進(jìn)行校正。其形式為： (1) 四元數(shù)可以表示旋轉(zhuǎn)，它的標(biāo)量部分表示旋轉(zhuǎn)角度的大小，矢量部分表示轉(zhuǎn)軸的方向。 (12) 上式是利用上一狀態(tài)預(yù)測(cè)的結(jié)果來(lái)估計(jì) X(k|k1)， X(k1|k1)是上一狀態(tài)最優(yōu)的結(jié)果。將通道 0、 5 設(shè)置為接收模式來(lái)接收應(yīng)答信號(hào)，并且允許自動(dòng)應(yīng)答，自動(dòng)重發(fā) 10 次，間隔為。晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可農(nóng)業(yè)機(jī)械車(chē)輛的姿態(tài)角監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì) 17 能靠近單片機(jī)芯片安裝，以減少寄生電容，更好是保證振蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。同時(shí)，移動(dòng)進(jìn)行四元素陀螺儀和加速度計(jì)模塊，觀察數(shù)據(jù)是否變化正確。發(fā)送成功后，調(diào)試接收端，接收端也禁用自動(dòng)應(yīng)答功能，直接接收發(fā)送端發(fā)過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)并通過(guò)液晶顯示出來(lái)。 表 5 俯仰角實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 參考數(shù)據(jù) 測(cè)量數(shù)據(jù) 絕對(duì)誤差 相對(duì)誤差 如表 6 翻滾角實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所示，翻滾角是指繞著前進(jìn)方向 X 軸