摘要

船艇在海上運(yùn)行時(shí)，需要了解其三維（偏轉(zhuǎn)、橫滾和俯仰）運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。本項(xiàng)目采用應(yīng)力彎曲懸臂梁式單片集成的三軸熱對(duì)流加速度傳感器作為檢測(cè)元件，避免了采用一個(gè)單軸與一個(gè)雙軸組合的方式，所產(chǎn)生安裝誤差和質(zhì)心位置誤差，突破兩維平面集成的限制，完成單片集成垂直第三維加速度檢測(cè)的敏感方法，并開(kāi)發(fā)了完整的船艇姿態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，填補(bǔ)了該項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)的空白，對(duì)于國(guó)防建設(shè)有著重要意義。

本文研制了一種船體姿態(tài)的監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用的是MCU-MC9S08QG8微處理器作為運(yùn)算控制的核心，通過(guò)連續(xù)監(jiān)測(cè)MMA7361三軸加速度傳感器的輸出，從而對(duì)船體姿態(tài)和當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析和計(jì)算。當(dāng)船體被監(jiān)測(cè)到有異常狀態(tài)出現(xiàn)時(shí)，通過(guò)無(wú)線通信的方式，提示在船艙內(nèi)的監(jiān)控面板上，以便于隨時(shí)對(duì)可能產(chǎn)生嚴(yán)重后果的船體進(jìn)行糾正。檢測(cè)表明，本裝置可以及時(shí)檢查到多種可能出現(xiàn)危險(xiǎn)的船體姿態(tài)。故本裝置適用與自我檢查較差的船體。

三軸加速度檢測(cè)儀由加速度傳感器、數(shù)據(jù)處理模塊、電源和通信模塊構(gòu)成。其中傳感器測(cè)量對(duì)象的加速度矢量；處理器模塊負(fù)責(zé)收集加速度傳感器的數(shù)據(jù)，分析判斷對(duì)象的身體姿態(tài)并控制報(bào)警；電源模塊負(fù)責(zé)為整個(gè)系統(tǒng)提供電能（也可以依靠船體的供電裝置供電）；通信模塊負(fù)責(zé)將報(bào)警信號(hào)通過(guò)規(guī)定的協(xié)議進(jìn)行發(fā)送到機(jī)房監(jiān)控處。

關(guān)鍵詞：船體；加速度傳感器；信號(hào)傳輸；報(bào)警

Abstract

When boats are running on the sea , you need to know the 3d motion （deflection, roll and yaw）of the boats. This project adopts the bending stress of cantilever type monolithic integrated three-axis heat convection acceleration sensor as the test components, It avoided the way of using a single shaft and a biaxial combination , which generating the installation error and centroid location error, it broke the limitation of two-dimensional planar integration,and realized the monolithic integrated vertical sensitive method of 3 d acceleration test. it developed a complete monitoring system of boat gesture and filled the gaps in the project in china, it has important significance for national defense construction.

This paper developed a hull posture monitoring system, the system uses the MCU-MC9S08QG8 microprocessor as the core of the operation, by continuously monitoring MMA7361 three-axis accelerometer output, the attitude and the current operation state can be analysised and calculated. When the hull was detected with abnormal status occurs,using wireless communication, the hull can bedisplayed on the cabin monitor panel, so that at any time to correct before it may produce serious consequences of hull. Tests show that this device can be detected in time a variety of possible danger of hull. So this device is suitable to self-examination poor hull.

Three axis acceleration tester consists of acceleration sensors, data processing module, power supply and communication modules. The sensor texts acceleration vector; Processor module is responsible for the acquisition of the acceleration sensor data, analyse and judge the posture of the object and control alarm; Power module to provide electricity for the entire system （can also rely on the hull of the power supply device power supply）; Communication module is responsible for alarm signal sent to the computer room monitoring through the prescribed by the agreement.

Keywords: hull; Acceleration sensor; Signal transmission; Call the police

目 錄

第一章 緒論 1

1.1基于船體三軸加速度傳感器的意義 1

1.2本課題的研究理論方法 1

1.3本文的內(nèi)容 1

第二章 船體建模 1

2.1 船體航行的基本特征 1

2.2 船體模型的建立 1

第三章 三軸加速度傳感器 3

3.1熱對(duì)流式加速度傳感器 3

3.1.1引言 3

3.1.2工作原理 3

3.1.3 優(yōu)點(diǎn) 4

3.1.4 消費(fèi)電子產(chǎn)品的特點(diǎn) 5

3.2 靜電懸浮式三軸加速度傳感器 6

3.2.1 引言 6

3.2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6

3.2.3 靜電懸浮原理 7

3.2.4 電容位移檢查原理 7

3.2.5 加速度測(cè)量原理 8

3.2.6 參數(shù)設(shè)計(jì) 8

3.2.7 設(shè)計(jì)結(jié)果與討論 9

3.2.8 誤差來(lái)源及改進(jìn)措施 9

3.3壓電式加速度傳感器 10

3.3.1壓電式加速度計(jì)的結(jié)構(gòu) 10

3.3.2壓電式加速度計(jì)的靈敏度 11

3.3.3 壓電加速度計(jì)的前置放大器 11

3.3.4 壓電式速度傳感器 12

3.4 壓阻式三軸加速度傳感器 12

3.4.1 工作原理 12

3.5MMA7361角度傳感器 13

3.5.1引言 13

3.5.2 典型應(yīng)用 13

3.5.3 MMA7361的功能圖解 13

3.5.4 MMA7361的測(cè)量范圍. 14

3.5.5 MMA7361的優(yōu)點(diǎn) 14

第四章 信號(hào)傳輸 15

4.1 引言 15

4.2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 15

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15

4.4硬件設(shè)計(jì) 16

4.4.1 加速度收集電路 16

4.4.2 MUC外圍電路 16

4.4.3 液晶提示 18

4.4.4通信模塊 18

4.4.5 端口分配 19

4.4.6 事務(wù)處理及狀態(tài)機(jī) 19

4.4.7 系統(tǒng)設(shè)置 20

4.4.8 按鍵功能 21

4.4.9 計(jì)里程器 22

4.4.10 傾斜檢測(cè) 22

4.4.11 報(bào)警處理 23

4.4.12 通信控制 24

第五章 加速度傳感器的電子筆數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與完成 26

5.1 引言 26

5.2 系統(tǒng)總體框架圖 26

5.3 USB數(shù)據(jù)收集系統(tǒng) 27

5.4 LabVIEW 上位機(jī)系統(tǒng) 28

5.5 安裝調(diào)試與小結(jié) 30

第六章 總結(jié)和展望 31

致謝 33

參考文獻(xiàn) 34

附錄A PDIUSBD12的初始化程序 38

附錄B兩個(gè)時(shí)鐘的初始化程序如下 39