基于嵌入式定位系统的研究

论文摘要

随着计算机技术及微电子学的蓬勃发展,嵌入式系统与无线传感器的应用越来越广阔。本文在学习了大量定位系统以及传感器研究成果的基础上,深入分析和比较了几种典型的定位技术及定位原理,主要对基于超声波测距技术的定位系统做了全面的研究。本课题具有相当广阔的工程需求,涉及众多领域,是一个极具研究价值的课题。论文主要内容包括:对当前的定位系统以及定位技术做了深入研究和阐述,并且主要对基于超声波测距技术的定位系统进行了研究;为了提高定位系统的精度,对不同定位算法进行了分析仿真,将卡尔曼滤波应用到传感器网络定位中,并通过Matlab进行了仿真,验证其对于定位精度的提升。设计了由S3C2440A微处理器、超声波传感器、温度测量电路以及液晶显示屏等模块组成的嵌入式定位系统,并且由于在硬件设计中使用嵌入式系统搭载液晶屏,使得该系统在部署时更加方便。以Linux操作系统为软件平台,主要设计了各硬件模块的驱动程序,系统控制程序和定位运算程序。在软件设计中采用结构化、模块化方法,对编程思路进行了描述,应用程序设计使用了嵌入式Linux平台的QT/Embedded,将上位机功能直接在嵌入式平台上实现,进一步提升了系统的便捷性和移动性,并且可以通过以太网接口将采集的信息传递给传统PC,对数据可以进行更深层次的分析和处理。在论文的最后,对本课题研究过程进行了概括与总结,并且对本课题下一步研究方向进行了阐述。基于上述研究结果,将超声波测距方法应用于自主研发的嵌入式定位系统中。系统包含信标节点、目标节点、中心节点和上层应用软件四大模块。测试结果表明该系统功能正确,达到了预期的目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 定位系统现状
• 1.2.2 嵌入式技术现状
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 论文结构安排
• 2 定位系统基本理论
• 2.1 Range-free 定位方法
• 2.1.1 Centroid 算法
• 2.1.2 Geomantic Constrain 算法
• 2.1.3 Cooperative Ranging 算法
• 2.1.4 DV-Hop 算法
• 2.1.5 MDS-MAP 算法
• 2.2 Range-based 定位方法
• 2.2.1 TOA 测距方法
• 2.2.2 TDOA 测距方法
• 2.2.3 AOA 测量方法
• 2.2.4 RSSI 测量方法
• 2.3 基于测距定位的计算方法
• 2.3.1 三边测量法
• 2.3.2 极大似然估计法
• 2.3.3 三角测量法
• 2.4 定位与状态估计
• 2.5 定位性能评价
• 2.6 小结
• 3 定位系统误差控制方法的分析及仿真
• 3.1 定位算法的分析与仿真
• 3.2 滤波算法的分析与仿真
• 3.3 小结
• 4 嵌入式超声波定位系统的技术原理
• 4.1 超声波特性
• 4.2 超声波检测技术
• 4.3 超声波传感器的结构
• 4.4 嵌入式超声波定位系统硬件平台的研究
• 4.4.1 嵌入式系统硬件平台的搭建
• 4.4.2 嵌入式处理器结构
• 4.5 嵌入式超声波定位系统软件平台的研究
• 4.5.1 引导加载程序
• 4.5.2 嵌入式Linux 操作系统
• 4.5.3 图形界面和应用程序开发
• 4.5.4 建立交叉开发环境
• 4.6 本章小结
• 5 嵌入式超声波定位系统的实现
• 5.1 超声波定位系统的实现
• 5.2 系统的硬件设计
• 5.2.1 超声波传感器
• 5.2.2 嵌入式芯片
• 5.2.3 超声波发射模块
• 5.2.4 超声波接收模块
• 5.2.5 电源模块
• 5.2.6 温度测量模块
• 5.2.7 MINI2440 开发板
• 5.3 系统的软件设计
• 5.3.1 硬件驱动的编写
• 5.3.2 应用程序开发
• 5.4 嵌入式定位系统的实现
• 5.4.1 H-JTAG 烧写
• 5.4.2 建立交叉编译环境
• 5.4.3 NFS 配置
• 5.4.4 驱动程序编译
• 5.5 系统测试与结论分析
• 5.5.1 系统测试
• 5.5.2 结论分析
• 5.6 小结
• 6 结论
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录