ВКР: Оценивание пространственной ориентации (фильтр Маджвика)

Оглавление

Введение.......................................................................................... 3
1. Микроэлектромеханические системы (МЭМС)....................................... 4

• Акселерометры....................................................................... …4
• Гироскопы.................................................................................. 6

2. Определение ориентации объекта в пространстве..................................... 9
2.1 Способы представления ориентации тела в пространстве...................... 9
2.2 Матрица углов Эйлера - Крылова......................................................... 9
2.2.1 Направляющие косинусы................................................ 10
2.2.2. Кватернионы................................................................. 12
2.3 Алгоритм определения угловой ориентации объекта.......................... 15
2.4 Алгоритм Маджвика.......................................................................... 16
3. Коммуникативные интерфейсы.............................................................. 19
3.1 I2C 24............................................................................... 19
3.2 SPI 26............................................................................... 20
4. Принципиальная схема и печатная плата................................................ 23

4.1 Плата Arduino Nano………………………………………….....23

4.2 Технические характеристики микросхемой Mpu6050 ………25
4.3 Подключение модуля GY-521 К Arduino Nano ………………29
4.4 3D Моделирование гироподвеса в SolidWorks2020…………30
5. Реализация программного кода в языке программирование С……………31
6. Полученные результаты........................................................................ 35
Заключение.............................................................................................. 36
Список использованных источников.......................................................... 37

Введение

Применение МЭМС-датчиков в инерциальных измерительных системах требует использования специализированных алгоритмов цифровой обработки сигналов (ЦОС). Одним из способов нивелирования шумов при ЦОС является комбинирование (комплексирование) показаний МЭМС-датчиков, нивелирующее их.
В повседневной жизни постоянно встречаются акселерометры и гироскопы. Они установлены в смартфонах, часах, автомобилях, в компьютерах и т.д. Но в такую маленькую вещь как телефон нельзя уместить акселерометр или гироскоп, выполненный в привычном механическом виде.
Параметры ориентации гироподвесов, определяемые с применением микроэлектромеханических систем (МЭМС), на практике оказываются чувствительными к внешним воздействиям, сильно