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编号：毕业设计说明书题目：物体运动轨迹实时监测系统设计院（系）：电子工程与自动化学院专业：测控技术与仪器学生姓名：学号：指导教师：职称：副教授理论研究实验研究工程设计软件开发2016年5月20日随着科学技术的不断发展，物体运动轨迹实时监测系统在导航系统、人机交互、游戏控制等领域具有广阔应用。
传统的方法，如激光追踪系统，或者是运用高精度的加速度传感器、激光陀螺仪等，这些设备过于复杂，成本高。
本文基于MPU6050六轴加速度计陀螺仪传感器的运动轨迹检测系统具有成本低、易携带、体积小的特点。
本论文以单片机STM32F103C8T6为核心控制器，通过MPU6050得到的加速度，加速度二次积分得到位移，从MPU6050 DMP直接读取四元数和欧拉角来校准在重力加速度在二维空间中对x，y轴的影响，通过IIC总线将数据由MPU6050传送给单片机STM32F103C8T6将数据进行处理，并通过蓝牙串口将数据传输给安卓手机，通过安卓手机APP建立二维坐标系，并将得到的数据在二维坐标系中打点来显示轨迹。
本论文中运用单片机C语言来编写程序，从MPU6050得到的加速度通过均值校准法来减少外界对加速度计的干扰，经过积分后得到的位移值通过分解成一个数组来发送具体字节数，来保障发送给手机的数据准确性。
当手机APP接收到单片机发来的数据，通过分隔符将两个数据解析成一个列表，通过提取列表中的每一项，来将每个物体运动轨迹数据显示在APP上，并在APP上打点显示，若打的点超出APP坐标轴的范围，手机将自动震动报警。
本次设计的物体运动轨迹监测系统，能够检测出物体的运动轨迹，经过测试在短时间内误差在1cm左右，且当物体运动轨迹超出APP坐标系的量程，手机将震动报警，且物体运动轨迹数据在0.5s更新一次，大致实现了毕业设计的要求。
关键词：运动轨迹实时监测；加速度计；陀螺仪；安卓手机APP；With the development of science and technology .The monitoring system of real-time trajectory in navigation system, human-computer interaction, game control have a wide range of applications.Traditional methods，for example, laser tracking system,using high precision acceleration sensor, laser gyroscope and so on.These equipment is too complex and high cost. In this paper , the monitoring system of real-time trajectory based on MPU6050 which is six axis accelerometer gyroscope sensor’s advantages is low cost, easy to carry,small volume and so on.STM32F103C8T6 MCU as the core controller in this paper, the displacement is obtained by quadratic integral MPU6050 get acceleration, from MPU6050 DMP directly read quaternion and euler Angle to calibration in the acceleration of gravity in the two-dimensional space of x, y axis, the effect of the data through the IIC bus STM32F103C8T6 controlled by MPU6050 sent the data processing, and through bluetooth serial transmission to the android mobile phone, through the android APP to establish two-dimensional coordinate system, and will get data dot in a two-dimensional coordinate system to display the trajectory.This paper uses microcontroller C language to write programs, from MPU6050 acceleration by average calibration method to reduce the outside disturbance to the accelerometer, after the displacement value resulting from the integral by decomposition into an array to send a specific number of bytes, to ensure data accuracy sent to mobile phones. When the phone APP to receive data from the microcontroller, through the separator will be two data parsed into a list, by extracting each item on the list, to each object trajectory data display on the APP, and dot on the APP shows that if a dozen points beyond the scope of APP axis, the phone will automatically vibration alarm.the design of he monitoring system of real-time trajectory in navigation system can detect the movement of the object, after testing in a short period of time error in 1 cm, and when the object movement beyond the range of APP coordinate system, cell phone will vibrate alarm, and object trajectory data updated once in 0.5 s.Key words:The monitoring system of real-timetrajectory;accelerometer;gyroscope;android APP;目录1 引言 (1)1.1 研究背景及意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.3惯性导航的发展趋势 (2)1.4论文的章节安排 (2)2 设计任务及要求 (3)2.1 设计任务 (3)2.1.1课题内容 (3)2.1.2主要任务 (3)2.2 设计要求 (4)3 系统设计理论依据及方案论证 (4)3.1系统设计理论依据 (4)3.2 方案论证 (5)3.3 软件算法方案选择 (6)3.3.1方案一 (6)3.3.2方案二 (7)3.3.3方案三 (8)3.4 安卓APP开发工具的选择 (8)3.4.1方案一 (8)3.4.2方案二 (8)4 硬件系统设计 (9)4.1 单片机最小系统控制部分 (9)4.1.1芯片的选择 (9)4.1.2单片机最小系统电路 (10)4.2 蓝牙模块电路 (10)4.3 稳压电源电路 (11)4.4 MPU6050模块电路 (12)4.5 运动轨迹监测系统工作过程 (13)4.5.1灵敏度的影响 (14)4.5.2稳定性分析 (14)5 系统软件设计 (14)5.1软件设计基本思想 (14)5.2 各个模块的设计 (15)5.2.1系统初始化程序 (15)5.2.2 MPU6050初始化与数据读取程序 (16)5.2.3均值校准程序 (17)5.2.4算法运算程序 (18)5.2.5数据处理程序 (19)5.2.6中断服务程序 (19)5.3 手机APP软件的设计与分析 (20)5.3.1UI的设计 (21)5.3.2逻辑的设计 (22)6 系统调试 (26)6.1 硬件系统调试 (26)6.1.1单片机STM32F103C8T6最小系统模块的硬件调试 (26)6.1.2蓝牙模块的硬件调试 (27)6.1.3MPU6050模块的硬件调试 (28)6.2软件调试 (29)6.3 调试结果分析 (34)7 系统测试 (34)7.1 系统测试的方案与过程 (34)7.1.1系统测试所需设备与工具 (34)7.1.2系统测试方案与过程 (34)8 结论 (36)谢辞 (38)参考文献 (39)附录 .............................................................................. 错误！未定义书签。
列控设备动态监测系统（简称：DMS）2008-11-07 14:09:46 动车组开行是铁路第六次大提速工作重要内容之一，通过前一阶段牵引试验与平推检查，我国自主研制的CTCS-2列控系统技术性能与设备质量已达到安全运行的要求，提速技术集成创新取得重大突破。
当前，如何管好、用好列控设备成为动车组开行电务部门面临的一个重要课题，提高设备运用质量的一个重要环节就是必须依靠先进的检测维修手段与科学合理的养护维修办法，具体说就是要运用先进的检测设备获取设备运行的技术数据，动态掌握、及时反馈，准确判断设备质量问题，及时有效地消除设备隐患。
列控设备动态实时检测系统是在各局电务试验车动态检测设备成功运用的基础上，对试验车“信号动态检测系统”加以扩展、改进、提高，将补偿电容检测小型化，增加了ATP、应答器等内容的检测，将车载信息检测装置安装在动车组内，通过GPRS无线方式，配以地面网络传输管理分析设备，从而达到动车组运用过程中，对涉及行车安全与效率的信号设备ATP、应答器、轨道电路、补偿电容等内容进行实时检测，实现列控设备与地面设备的实时检测与分析。
并与微机监测联网，实现信息共享，实现报文特别是有源应答器报文的自动校核。
总体做到列控设备日检测，达到利用车载动态设备检测地面静态设备的目的。
系统构成:系统由车载信息采集装置、地面数据服务器及数据查询终端三部分组成。
车载信息采集装置安装在动车组上，在运行中完成ATP列控系统运用状态的信息采集、应答器位置及报文、轨道电路传输特性、补偿电容失效及位置等，其数据通过GPRS网传回地面数据中心，经办公网传给各数据查询终端。
1、车载信息采集装置采用标准CPCI结构1）完成与BTM主机通信板串口通信，接收应答器数据；2）完成与ATM测试接口串口通信，接ATP状态信息；3）完成GPS、STM、CTM数据信息的采集处理；4）完成GPRS数据远传功能。
2、地面数据服务器1）设置中国移动GPRS网络静态IP与动车组通过GPRS网络建立一对多通信传输通道，将车载监测信息接收到数据服务器中。
文章编号:1674-9146(2015)09-0064-021列控设备动态监测系统总体描述列控设备动态监测系统由车载信息采集装置、地面数据中心及查询终端三大部分组成。
其中车载信息采集装置安装在动车组的相应机柜内,它是在动车组的运行过程中完成对ATP 的运用状态、应答器的位置及报文、轨道电路的传输特性等信息的采集,其数据通过GPRS/GSM-R 无线方式传回地面数据中心,经过处理、分析、统计后,通过互联网或铁路专网传给各数据查询终端,配以地面网络传输分析设备,从而实现动车组运用过程中,对涉及行车安全和效率的信号设备(如ATP 、应答器、轨道电路、司机操作)等内容进行实时监测和分析,总体做到列控设备日检测,达到利用车载动态设备检测地面静态设备的目的。
2列控设备动态监测系统的作用列控设备动态监测系统的作用主要体现在以下4个方面。
1)该系统为电务维护人员提供了ATP 设备、轨道电路和应答器等的实时信息,为动车组列控设备的维护提供了可靠的依据,为电务人员第一时间分析和排除故障提供了重要的数据资料。
2)该系统为行车调度科学的指挥提供了动车组的实时运行信息。
3)该系统为机务管理部门及时掌握和分析动车组司机的操控情况,监督和掌握司机的工作状态,加强对动车组司机的业务指导与管理提供了科学手段。
4)该系统为机车综合无线通信设备(CIR )、工务晃车的检测、机车信号的远程监测系统等设备提供了扩展接口,实现了数据共享。
3列控设备动态监测系统的主要功能列控设备动态监测系统结合地面数据中心及查询终端向用户提供了卫星定位的原始信息,完成了列控车载设备的状态信息、地面应答器信息、各类报警信息、无线RBC 信息、GPS 、轨道电路及扩展设备等信息的实时采集,并将采集到的数据信息经过处理之后,通过GPRS/GSM-R 网络实时发送到地面数据中心。
具体来说有以下几点。
3.1具有实时监测的功能1)列控车载设备(ATP )信息的实时监测。
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第三章机车综合无线通信设备（CIR）第一节概述机车综合无线通信设备（CIR）包括WTZJ-I型标准机车综合无线通信设备（以下简称标准型CIR），主要安装于新生产的机车上；及WTZJ-II型，小型化机车综合无线通信设备（以下简称小型化CIR），主要用于进行既有机车的改造。
机车综合无线通信设备是铁路专用通信设备。
机车综合无线通信设备作为传统无线列调电台的升级产品，是保障GSM-R区段行车安全的必配设备。
按铁道部规定，在GSM-R区段运行的机车、客运专线运行机车、动车组、07年后生产的大功率机车、在TDCS（CTC）区段运行的机车必须装备机车综合无线通信设备。
机车综合无线通信设备是北京世纪东方国铁科技股份有限公司基于GSM-R 数字移动通信技术、GPS全球定位技术、450MHz及800MHz模拟无线电台通信技术等开发的综合车载通信设备。
它与地面的GSM-R设备和450MHz、800MHz等地面设备等共同组成一个完整的铁路综合无线通信网。
机车综合无线设备支持GSM-R调度通信系统功能、支持GSM话音通信功能，两网同时存在时首选GSM-R。
支持GSM-R通用数据传输功能，可根据承载业务的需要提供GPRS或电路方式数据传输链路。
设备调度通信和数据传输采用不同的信道机，故可以同时实现调度通信和数据通信。
机车综合无线通信设备支持科技运【2007】28号《GSM-R数字移动通信网设备技术规范第二部分：机车综合无线通信设备V2.0》、运基通信[2007] 91号《机车综合无线通信设备MMI终端显示补充规范》、运基通信[2002] 133号《无线列调机车电台操作单元技术要求(试行)》、运基通信[2005] 138号《列车无线调度通用式机车电台主要技术条件(V2.0)》、运基通信【2009】690号《列车防护报警和客车列尾系统技术条件（V1.0）》规定的机车电台功能。
支持450MHz承载的列车尾部风压、无线车次号、调度命令等数据信息的传输功能。
湖南铁路科技职业技术学院毕业设计课题列控设备动态监测系统专业城市轨道交通控制班级 312-1学生姓名米雪指导单位指导教师许丽二零一四年十二月二十二日摘要为实时掌握列控设备工作状态，科学指导列控设备维护工作，及时处理列控设备故障，保证列控设备正常运行，2006年铁道部运输局基础部组织开展了列控设备动态监测系统（Dynamic MonitoringSystem of Train Control Equipment,简称DMS）研发，并在铁道部、铁路局、电务段三级部门有关单位进行试验应用。
DMS采用成熟的信号处理、计算机、数据传输和网络通信技术，实现对列控设备工作状态的实时监测和预警分析，科学、快速地指导现场维护和故障应急处理工作，提高维护工作的针对性和时效性。
DMS由列控车载信息采集装置（简称DMS车载设备）、铁路总公司/铁路局DMS数据中心和用户终端组成。
在铁路总公司和相关铁路局设置两级DMS数据中心，在铁路总公司、铁路局和站段设置三级用户。
DMS车载设备安装在动车组内，在列车运行过程中，对列控车载设备运行状态信息、地面应答器信息、无线闭塞中心（RBC）报文信息和轨道电路信息等进行实时监测，并将监测数据通过铁路GSM-R网络或公网GPRS/3G实时传回地面数据中心，经过数据分类、判断、处理和分析，完成列控车载设备及相关地面设备工作状态的实时监测和分析。
关键词： DMS车载设备；DMS数据中心；用户终端目录二零一四年十二月二十二日 .......................................................................................................................摘要 ...............................................................................................................................................................目录 ...............................................................................................................................................................第1章系统概述 .........................................................................................................................................1.1总体描述 ........................................................................................................................................1.1.1 研制过程 ...........................................................................................................................1.1.2 概述 ...................................................................................................................................1.2 系统作用 .......................................................................................................................................1.3系统特点 ........................................................................................................................................1.4 主要功能 .......................................................................................................................................1.4.1 实时监测功能 ...................................................................................................................1.4.2 实时报警功能 ...................................................................................................................1.4.3 实时跟踪功能 ...................................................................................................................1.4.4 实时查看功能 ...................................................................................................................1.4.5 信息解析功能 ...................................................................................................................第2章体系结构 .........................................................................................................................................2.1原理框图 ........................................................................................................................................2.2 系统组成 .......................................................................................................................................2.3 体系结构 .......................................................................................................................................2.3.1 系统总体架构 ...................................................................................................................2.3.2 系统物理架构 ...................................................................................................................2.3.3程序设计 ............................................................................................................................2.3.4 软件测试 ...........................................................................................................................2.3.5 主要界面 ...........................................................................................................................2.3.6 传输方案 ...........................................................................................................................2.3.7 功能设计 .........................................................................................................................第3章DMS硬件和软件 ...........................................................................................................................3.1 硬件体系结构 ...............................................................................................................................3.1.1 车载设备 ...........................................................................................................................3.1.2 地面设备 ...........................................................................................................................3.1.3 通信结构 ...........................................................................................................................3.1.4 主要技术参数 ...................................................................................................................3.2 软件体系结构 ...............................................................................................................................3.2.1 软件系统结构 ...................................................................................................................3.2.2 车载设备软件结构 ...........................................................................................................3.2.3 铁路总公司DMS数据中心设备软件结构 .......................................................................3.2.4 铁路局DMS数据中心设备软件结构 ...............................................................................3.2.5 用户终端软件 ...................................................................................................................第4章系统接口和维护 .............................................................................................................................4.1安装运用情况 ................................................................................................................................4.2 设备日常维护 ...............................................................................................................................4.2.1 状态说明 ...........................................................................................................................4.2.2 日常维护 ...........................................................................................................................4.2.3 操作注意事项 ...................................................................................................................4.2.4 系统故障及处理 ...............................................................................................................第1章系统概述1.1总体描述1.1.1 研制过程铁路第六次大提速以来，随着大量动车组的开行，如何实时掌握动车组运行状态信息并科学指导列控设备应急故障处理，保证铁路运输安全和效率，成为运输部门一项重点关注的课题。
