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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:張瀠文
研究生(外文):Ying-WenZhang
論文名稱:加速規定位系統研製
論文名稱(外文):Positioning System Implementation by an Accelerometer
指導教授:周榮華周榮華引用關係
指導教授(外文):Jung-Hua Chou
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:工程科學系碩博士班
學門:工程學門
學類:綜合工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:53
中文關鍵詞:加速規定位方法累積誤差誤差校正加速度
外文關鍵詞:AccelerometerPositioning methodError accumulationError correctionAcceleration
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隨著交通工具和智慧型機器人的日漸普及,定位、導航技術日漸重要,常見的定位技術使用發射器的訊號強弱、人造衛星回傳資訊以得知載具位置,不只訊號容易受到地形和周圍環境干擾,精確度和定位範圍,都隨發射器佈建數量和範圍而改變, 為了降低環境建置成本並提高精確度,不需要外界訊號,利用自身慣性力即可達到定位和導航的目標。
本研究即在探討使用單一加速規感測器開發定位系統的誤差率和可靠度。首先利用靜止六個狀態和傾斜實驗校正加速規的偏移電壓和靈敏度,並做可靠度分析得到所用加速規在靜止的狀態下,約有±0.02g之量測誤差;並提出結合α-β-γ濾波器的定位演算法,利用系統本身量測到的加速度值做狀態特徵值辨識出靜止和移動的狀態,利用直接積分和實際系統狀態預測程序得到輸入α-β-γ濾波器的參數,使得其系統在4.07公尺的環境直接積分誤差率從約88%降至約23%,最後設計人機介面結合取值和演算法運算達到即時定位的位置顯示以及環境雜訊的更正。

This thesis implements a positioning system by using a single accelerometer sensor and examines the error and reliability of the system. The offset voltage and the sensitivity of the accelerometer sensor are calibrated by using six static states and tilted angles. While doing the reliability analysis of the accelerometer sensor in the stationary state, the measurement error is about ±0.02g. A positioning algorithm which combining the α-β-γ filter is explored. The positioning algorithm uses the acceleration values which are generated by the system to obtain the eigenvalues to identify whether the state of the system is static or in motion. By integrating the acceleration data, the predicted velocity and the position of the system state are obtained and given to the α-β-γ filter as parameters. After passing through the α-β-γ filter, the error is reduced from 88% to 23% compare with the direct integral. A graphical user interface is designed to acquire the acceleration and perform the positioning algorithm by showing the position of the target in real time and eliminating the environment noise.
摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 VIII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 研究方法 2
1.4 論文架構 3
第二章 文獻回顧 4
2.1 定位演算法 4
2.1.1 全球定位系統 4
2.1.2 室內定位技術 6
2.2 加速規定位技術 8
2.2.1 加速規種類 8
2.2.2 加速規定位原理 9
2.3 誤差累積改善方法 10
2.3.1 誤差來源 10
2.3.2 誤差補償演算法 12
第三章 系統模組設計與實現 15
3.1 微控制系統 16
3.1.1 微控制器PIC16F877A 17
3.1.2 加速規 19
3.1.3 電源穩壓模組 21
3.1.4 藍芽傳輸模組 23
3.2 主控端介面系統 24
3.2.1 個人電腦 24
3.2.2 藍芽接收器 25
第四章 系統軟體開發與測試 26
4.1 微控制系統軟體 27
4.1.1 開發環境與工具 28
4.1.2 加速規取值測試 28
4.1.3 數據封裝傳送 30
4.2 主控端介面系統軟體 31
4.2.1 開發環境 31
4.2.2 收值解封包、儀器校正 32
4.2.3 定位演算法設計開發 35
4.2.4 GUI人機介面設計 37
第五章 實驗結果與討論 38
5.1 靜止實驗 38
5.1.1 實驗方法與結果 38
5.1.2 實驗討論 39
5.2 一維移動實驗 39
5.2.1 實驗方法與結果 40
5.2.2 實驗討論 41
5.3 二維轉動實驗 42
5.3.1 實驗方法與結果 42
5.3.2 實驗討論 44
5.4 即時定位實驗 45
5.4.1 實驗方法與結果 45
5.4.2 實驗討論 48
第六章 結論與未來展望 49
6.1 結論 49
6.2 未來展望 50
參考文獻 51
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ADXL330.pdf, 2012.
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