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1、CQWU/JL/JWB/ZY012-14毕业论文(设计)开题报告论文题目： 基于陀螺仪的船舶倾斜检测学院： XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 年级： 2015级 专业(班）： XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 学号： XXXXXXXXXXXXXXXXXX 学生姓名： XXXXXXXXXXXXXX 指导教师： XXXXXXXXXXX 2018 年 3 月 30 日XXXXXXXXX本科毕业论文开题报告论文题目基于陀螺仪的船舶倾斜检测系（院）专 业XXXXXXXX年 级2015级开题日期学 号XXXXXXXXX姓 名XXXXXXX指导教师XXXXXX1、
2、选题目的和意义：帆船的运动受到帆和船体上的风和水的驱动。在航行过程中调整和控制船体的姿态尤为重要。船体的左右倾斜或前后倾斜角度极大地影响了帆船的运动效率，从而影响了帆船的前倾角。在之前的帆船训练中，教练只能通过视觉测量判断某运动员技术动作的标准化和船体的平衡。培训和指导很困难，缺乏科学数据依据。因此，在帆船比赛或训练中准确实时监测和预警船姿，可以帮助运动员快速提高竞技水平，提高训练指导的科学水平，促进我国帆船运动水平的提高。帆船姿态实时测量系统在水上运动中具有良好的应用前景。陀螺仪是用于测量物体的角速度的传感器。当陀螺仪随物体移动时，陀螺仪可以测量物体围绕每个轴的角速度。在很短的时间内，陀螺仪
3、测量精度高，但陀螺仪容易受到振动等因素的影响而引入测量噪声，陀螺仪的输出漂移，漂移随时间，温度等变化随机因素，可以使积分测量误差更大，因此MEMS陀螺仪不适合长时间动态角度测量。此外，陀螺仪只能用于测量运动物体的角度。如果物体的初始位置具有一定角度，则陀螺仪无法察觉它。陀螺仪，也称为角度角度传感器，是一种用于测量物体角度或旋转角度的装置，一种用于检测和保持方向的装置。传统的陀螺仪采用的是角动量守恒原理，MEMS陀螺仪不同，它是基于传统陀螺仪使用科里奥利力的特性（也称为gori，科里奥利力，旋转运动中的力指的是物体）在切向力的径向运动中，）实现设备的小型化。理由是因为科里奥利力的能量从一个谐振器
4、传递到另一个谐振器，由x轴和y轴上的弹簧支撑的单个质量块m围绕z轴旋转，并且其角度倾斜n对应于以下运动方程：陀螺仪是指南针以外最常用的导航工具。由于它采用惯性特性进行检测和测量，其功能不受磁场，重力场甚至屏蔽的影响，因此具有广泛的应用范围，具有在空间，深处使用的优点。大海甚至是隧道。另外，由于陀螺仪具有高角度分辨率和低旋转动量测量的特点，因此在运输中具有广泛的应用，例如导航，引导和控制。该项目基于陀螺仪的船舶倾角检测技术，可以检测各种船舶的倾角，为用户提供实时可靠的数据。系统通过传感器收集数据，并由微处理器分析和处理数据。最后，将测试结果显示给用户。本文设计了这些功能模块，制作电路和编写程序来
5、实现相应的功能。通过进一步的安装调试，实现了整个系统的功能，并提供了重要可靠的船舶倾角监测参数，以达到监测目的。2、国内外研究现状综述： 当用倾斜监测系统测量真实船舶的运动参数时，通常通过陀螺仪获得船舶的角速度。从安装在重心处的加速度传感器获得船舶的运动加速度，然后通过第二积分获得摇摆，澎湃和起伏的运动。可根据应用要求输出导航方向，角度，速度，位置等信息。由声波探测器和信息处理器组成的新型船舶运动监测系统由挪威westex公司成功开发。它还可以在三个方向上测量船舶横倾，俯仰倾斜和弯曲滚动，测量精度为0.05度，并可直接安装在船上。德国Hoope Marine集团发布的动态浮动监控系统是一种实时
6、船舶运动监控系统，可连续监控，可在任何海洋和天气环境中工作，并支持各类船舶的监控。系统为用户提供压缩数据，以分析和生成相关报告。英国Fendercare Marine开发的船舶运动监测系统可以通过六个自由度监测载体的运动，所收集的数据可用于事故调查等统计工作。该系统可以显着提高关键操作的安全水平，也可以用作确保船舶健康和操作安全的工具在国内，中国科学院海洋研究所设计了一种船舶运动速度和姿态角度监测系统，该系统具有6个加速度计的船舶运动速度和姿态角度校准系统，通过对速度加速度约束的安装位置和姿态角度的船只，并通过海测试证明了该系统的可行性。广州航海学院航海学院与大连海事大学航海学院联合开发了基于
7、姿态监测的船舶导航安全监控系统。该系统首先确保了船舶性能指标的优化设计，然后研究了基于Visual C +的船舶导航安全实时监控系统平台，可以实时调整船舶的合理吃水差异，准确预测船舶航行状态。 8。海军舰船和动力学院的工程和中国海上卫星测量和控制联合设计使用敏感元素直接测量船姿态在线监测和管理系统的姿态信息，解决目前船舶态度监测结构后的监测系统广泛，笨重，昂贵，困难等。系统可以实时监控船舶的运动，在装载过程中保持船舶平衡，并以船舶的加速度数据为基础判断船舶是否为在航行期间受到影响。在对固体船舶结构和运动响应测试技术进行大量研究的基础上，中国船舶科学研究中心开发了一种长波监测系统（LOTEMS）
8、，用于海洋船舶在波浪中的声音响应。该系统可以实时跟踪和分析运输船的结构强度和运动状态信息，并在此基础上为船舶操作人员提供辅助导航决策建议，为船舶航行提供重要的结构安全保障。恶劣的海况。3、选题研究内容：该研究的主要目标是设计符合要求的船舶倾角监测系统，用于实时监测船舶在海上的倾斜度，并为用户提供运动波形进行分析和评估。本文的主要任务如下：整体系统架构设计在系统需求分析的基础上，提出了各模块的设计方案，简要介绍了软硬件实现技术，包括嵌入式实时处理系统的实现技术，基于模型的设计方法。基于MFC的上位机系统的开发。硬件电路设计详细介绍了硬件电路，分析了系统的功能，硬件设计分为模块。包括加速度信号采集
9、模块，A / D转换模块，信号处理模块和信号传输模块。介绍了芯片和接口设计的选择。 TMS320F28335是TI公司的浮点DSP微处理器，被作为近海船舶倾斜监测系统的中央计算单元。 MEMS加速度传感器用于实时收集船舶倾斜加速度信号。 DSP芯片分别通过SPI接口和SCI接口与外设和上位机通信。倾角算法的模型设计与仿真将基于模型的设计方法应用于角度监测系统的软件算法。首先，在Matlab / Simulink平台下构建信号处理模型，选择算法参数，进行模型的仿真验证。然后使用经过验证的模型生成可在F28335微处理器上运行的嵌入式代码，用于处理器和Matlab的联合仿真。集成自定义代码和Mat
10、lab代码生成编写加速度转换程序和AD模块驱动程序，并将其与Matlab自动生成的嵌入式代码集成，可以在F28335微处理器上独立运行，形成倾角监控程序。上位机管理系统的设计上位机管理系统可以向用户呈现位移数据并管理用户，包括数据显示和用户管理。数据显示模块包括三个功能：实时位移波形显示，历史波形回放，数据存储和导出。用户管理模块包括三个功能：登录管理，密码管理和权限管理。基础实验验证在实验室进行了动静态加速试验和模拟倾斜试验，证明了设计的船舶倾斜监测系统的可用性。4、本选题研究技术路线、研究方法和要解决的关键问题（1）技术路线：本文的主要目的是建立一种基于MEMS加速度计和DSP处理器的微型
11、小型嵌入式船舶倾斜监测系统，该系统体积小，成本低，实时性强。本文的主要内容是：第一章，提出了本课题的研究背景和意义，简要总结了船舶倾角监测系统的实现技术，介绍了国内外船舶倾角监测系统的发展现状。第二章介绍了船舶倾斜监测系统的总体设计，包括系统要求分析，结构和功能的实现。本文总结了传统嵌入式系统的设计过程及其不足，提出了基于模型的设计方法的优点及其在船舶倾斜监控系统开发中的应用。第三章首先分析了船舶倾角监测系统的工作原理，给出了系统的整体功能组成。然后，详细描述每个功能模块，并对它们进行详细分析。最后，硬件系统设计在PROTEL99SE平台上完成。第四章简要介绍了基于模型的DSP嵌入式系统开发的
12、优点，并利用该方法进行了信号处理模块的设计。通过模型仿真，环路测试软件，环路测试硬件等验证了算法的有效性。最后，对算法性能进行了分析。本文介绍了添加自定义C语言代码的模型工程步骤。第五章介绍了上位机管理系统的设计，包括实时位移波形显示模块和用户管理模块两部分。在第6章中，进行了所设计系统的实验。首先，介绍了实验原理。实验结果表明，船舶倾角监测系统能够满足基本设计要求。（2）研究方法：采用文献综述，案例研究和总结的方法。通过文献综述和总结，阐明了该项目的系统和各部分的搭接。船舶倾角检测系统设计按要求完成。案例研究证明了该项目的可行性，该项目的设计已经完成。调研计划：(一) 文献调研阶段： 201
13、8年09月03日 2018年09月11日 （二）确定设计方案阶段： 2018年09月12日 2018年09月21日 （三）撰写开题报告阶段： 2018年09月22日 2018年09月30日 （四）实物制作与调试阶段: 2018年10月01日 2018年10月02日 （五）论文初稿写作阶段： 2018年10月03日 2018年10月17日 （六）论文修改阶段： 2018年10月18日 2018年10月31日 （七）答辩： 2018年11月01日 2018年11月07日 主要参考文献：1金光明,张国良,陈林鹏,等.MEMS陀螺仪静态漂移模型与滤波方法研究J.传感器与微系统,2007,26(11):
14、48-50.2唐海林,程永生,苏伟.微机械梳状陀螺仪的瞬态分析J.太赫兹科学与电子信息学报,2004,2(2):118-120.(TANG3秦勇,臧希喆,王晓宇,等基于MEMS惯性传感器的机器人姿态检测系统的研究J.传感器技术学报,2007,20(2):298-301.4AravindK.BasicHumanMotionTrackingUsingaPairofGyroandAccelerometerMEMSDevicesC/IEEE14thInternationalConferenceone-HealthNetworking,ApplicationsandServices(Healthcom)
15、.Beijing:s.n.,2012:298-302.5李媛媛,张立峰.多传感器自适应权融合算法及其应用研究J.自动化与仪器仪表,2008(2):10-13.(LIYuan-yuan,ZHANG6冯智勇,曾瀚,张力,等.基于陀螺仪及倾角计信号融合的姿态角度测量J.西南师范大学学报:自然科学版,2011,36(4):137-141.7秦永元卡尔曼滤波与组合导航原理M.西安:西北工业大学出版社,2008.(QINYong-yuan.TheoryofKalmanFilterandIntegratedNavigationM.Xian:NorthwesternPolytechnicUniversityP
16、ress,2008.)8彭丁聪.卡尔曼滤波的基本原理及应用J.软件导刊,2009,8(11):33-34.(PENGDing-cong.BasicPrincipleandApplicationofKalmanFilterJ.SoftwareGuide,2009,8(11):33-34.)9李文军,陈涛.基于卡尔曼滤波器的等效复合控制技术研究J.光学精密工程,2006,14(2):279-284.(LIWen-jun,CHENTao.EquivalentcombinedcontroltechniquebasedonKalmanfilterJ.OpticsandPrecisionEngineering,2006,14(2):279-284.)6、指导教师意见： 指导教师（签名）：年 月 日7、学院本科毕业论文（设计）指导小组意见： 系（院）（盖章） 年 月 日说明：开题报告应在教师指导下由学生独立撰写。在第7学期1-2周内完成，交指导教师审阅，并接受学校和系（院）检查。