肉牛产肉量预测装置中位置姿态测量模块的研究与实现

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1、分类号：TP212.9:学校代码：10712UDC：004.94研究生学号：2012051182密级：公开©*灶衣林哿牧大学届攻读硕士学位研究生学位（毕业）论文肉牛产肉量预测装置中位置姿态测量模块的研究与实现学科专业计算机系统结构研究方向嵌入式系统研究生张蠢__________指导教师来智勇教授完成时间2015年5月中国陕西杨凌Classificationcode:TN212.9Universitycode:10712UDC:004.94Postgraduatenumber:2012051182C

2、onfidentialitylevel:OpenThesisforMaster’sDegreeNorthwestA＆FUniversityin2015RESEARCHANDIMPLEMENTATIONOFONPOSITIONANDGESTUREMEASUREMENTMODULEINBEEFMEATYIELDPREDICTIVEDEVICEMajor:ComputerSystemArchitectureResearchfield:EmbeddedSystemNameofPostgraduate:Zh

3、angXinAdviser:Prof.LaiZhiyongDateofsubmission:May,2015YanglingShaanxiChina肉牛产肉量预测装置中位置姿态测量模块的研究与实现摘要本文旨在研发肉牛产肉量活体预测装置中的位置姿态测量模块，测定预测装置的位置与姿态，为构造牛体三维模型、进而预测活牛产肉量做准备。该模块依据惯性导航原理，采用ZigBee无线传输技术，通过采集的加速度和角速度数据计算预测装置的位置与姿态，主要工作如下：（1）设计实现位置姿态测量模块。依据肉牛产肉量预测装

4、置的实际需求，从方便使用、低成本出发进行模块设计，采用MEMS加速度计和陀螺及ZigBee模块等构建该模块。ZigBee模块选用CC2530控制加速度计和陀螺进行数据的采集，并完成数据的无线收发，将数据传送到PC机上进行处理。（2）建立加速度计和陀螺的误差模型。分析加速度计和陀螺的误差成分，构建以零偏、刻度因子、交叉耦合项和随机误差为主的、含有24个待定参数的加速度计误差模型和陀螺误差模型。分别使用12位置法和角位置法，对加速度计误差模型和陀螺误差模型中的参数进行标定，导出误差模型中的待定参数，得

5、到误差模型的数学表达式。采用Kalman滤波算法对随机误差进行处理，降低加速度计和陀螺的随机误差。实验表明，加速度计的测量误差方差相对于使用误差模型前的降低了84.78%；陀螺的测量误差相对于使用误差模型前的降低了88.25%。（3）解算载体的姿态和位置。根据采集到的加速度和角速度，采用四元数法先对姿态进行解算。使用四阶龙格库塔算法对四元数进行更新，以解算出的姿态信息为测量值，以采集的加速度数据为观测值，使用UKF滤波算法进行数据融合，降低姿态解算过程中由陀螺漂移引起的误差，300秒静态姿态解算偏

6、差在-0.2º~+0.2º以内，动态姿态解算偏差在-2º~+2º以内。推导位置姿态测量模块适用的比力方程，导出速度和位置的解算公式，位置解算长度为1m时，X轴最大误差为0.0216m，Y轴最大误差为0.0959m，Z轴最大误差为-0.0289m。关键字：预测装置;位置姿态测量；误差模型；位置解算；姿态解算RESEARCHANDIMPLEMENTATIONOFPOSITIONANDATTITUDEMEASUREMENTMODULEFORBEEFMEATYIELDPREDICTIVEDEVICEABS

7、TRACTThisresearchaimstodevelopamoduleusedformeasuringthepositionandrotationattitudeofthelivingbodypredictivedeviceforbeefmeatyield,whichcanmakepreparationforbuildingthree-dimensionalbeefbodymodelandpredictinglivingbeefmeatyield.Accordingtotheprinciple

8、ofinertialnavigation,thismodulecalculatesthepredictivedevice’spositionandrotationattitudeusingtheaccelerationvelocityandangularvelocitydatacollectedbyZigBeewirelessdatatransmissiontechnique.Themainworkofthispaperisasfollows:(1)Designingandimpl