1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

毕业设计(论文)开题报告

学生姓名：罗富红学号：1402110123

所在学院：电子与信息工程学院

专业：电子信息工程

设计(论文)题目：基于卡尔曼滤波算法的定位系统设计

指导教师：李宝顺

2015年2月23日

开题报告填写要求

1．开题报告（含文献综述）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；

2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；

3．文献综述应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）；

4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T740894《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如2004年4月26日或2004-04-26

毕业设计（论文）开题报告

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000字左右的文献综述：

文献综述 1．引言 本此设计的主要目的是通过获取目标与参考点间的距离对目标的运动状态进行解算，实现简易的定位系统。目前应用最广泛的是GPS定位系统，但其结构复杂，难于学习，加上卡尔曼滤波算法计算量大，一般的MCU不能满足要求，而高性能的数字信号处理器价格昂贵，学习难度大，超出了本次设计的要求。鉴于此，本设计方案采取了将测得的距离通过WIFI通讯模块传输到PC机上的MATLAB环境下处理的方案。在被观测物体上装有HC_SR04测距模块，在下位机的控制下该模块可以测得移动物体与参考点之间的距离，然后下位机将这个数据传输给上位机，上位机的MATLAB环境下的程序完成数据分析与卡尔曼滤波，求得当前时刻被观测物体距离参考点经过卡尔曼滤波后的距离，同时求得滤波后的速度。完成这个工作后，上位机将求得的结果发送给下位机，接着下位机将这些数据显示在液晶显示屏上。所以，本设计中的有三个关键部分： 1.下位机的测距模块和显示模块的设计； 2.上下位机之间的通讯功能的实现； 3.在MATLAB环境下，通过编程对运动状态进行解算。 2.设计方案 本次设计主体有两个部分，下位机与被观测物体在一起，主要作用是测距、显示和通信，上位机则主要用于对下位机得到的数据进行计算、滤波。在整体系统中，下位机通过测距模块获得物体距离参考点的距离，并将获得的距离实时的传输到上位机里，上位机MATLAB环境下的算法程序对数据进行分析、计算和滤波，从而得到被物体的实时运动状态。在系统运行过程中，上位机将求解到的值通过通讯模块传输到下位机，下位机按协议接收到数据后，在显示模块上显示这些数据。 实际采用电路方案如下图： 图1总体方案图 3.方案实现 根据系统要实现的功能，利用超声波测距传感器测得目标与参考点之间的距离，单片机驱动传感器工作，并将得到距离以数字信号的形式存储在其中，Wifi模块实现单片机与PC机之间的数据传输，PC机的输入、输出实现人机互动。在PC机上的MATLAB环境下，通过编程，由单片机发送来的距离实现目标位置的求解与优化，并将最终的结果发送到下位机，在下位机的液晶显示屏上显示。 3.1主控制器的选择 本次设计采用最常用的89C51单片机作为主控制器。89C51单片机的工作电压为5V，有两种低功耗模式：待机方式和掉电方式。89C51单片机已经能够完全满足本设计，加上它是本科期间学习过的且目前被广泛使用的，本设计选用89C51单片机。 3.2测距传感器的选择 HC_SR04是一种常见的测距传感器，它性能稳定、测度距离精确、模块高精度、盲区小，广泛应用与机器人避障、物体测距、液位检测、公共安防、停车场检测等，测量距离为2CM--4CM，基本满足本设计要求，综合分析，本设计采用超声波测距传感HC_SR04来测量目标与参考点之间的距离。 3.3Wifi通讯模块的选择 本次设计中对于上位机与下位机通讯所需模块设计了以下两种方案： 方案一：采用传统的串口通讯，将外设和计算机通过数据信号线、地线、控制线等，按位进行传输数据。这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本，但其传输速度比并行传输低。 方案二：采用HF-A11x模块，通过该模块，实现单片机与PC的数据传输。这种方法不需要数据信号线的支持，只要利用该模块提供的透明传输工作模式即可实现上下位机的通信。在上位机的MATLAB环境中的SOCKET通信可以通过Wifi模块很好的实现与下位机的通信。 综合以上两种方案的各自特点和利弊权衡，本设计选用方案二，即使用这种WIFI模块，实现上下位机的数据通讯。 3.4显示模块的选择 方案一：采用数码管显示。数码管亮度高、体积小、重量轻，非常适合显示数字，对外界环境要求低，易于维护，同时其精度比较高，精确可靠，操作简单。价格也十分便宜，而且数码管的使用原理也十分简单，它采用BCD编码显示数字，程序编译容易，资源占用较少。但是由于它的工作电流较大、不能显示汉字，显示的信息量非常有限，若在此设计中使用数码管显示，系统的功能就会受到很大的限制。 方案二：液晶显示具有较低的功耗，且使用轻便，可以防震，不仅可以显示基本信息，而且可以显示符号信息以及文字信息，显示的信息量丰富且直观易懂。除此之外，液晶显示有体积小、重量轻、寿命长、不产生电磁辐射污染等其他显示器件不具有优点。同时，液晶显示器受到青睐的另一个原因是它界面友好清晰，操作方便。 系统采用方案二，设计选用GP12864-15C，具有128*64点阵显示。 3.5上位机处理模块的选择 本次设计中，上位机主要要用于人机互动和小车位置的求解与优化，属于核心部分，对于上位机的选择主要有以下方案： 方案一：TMS320C2XX系列芯片。 TMS320C2XX系列芯片是常用的DSP芯片。DSP芯片的内部采用哈佛结构,程序和数据存储空间是分开的。TMS320C2XX系列芯片集成了专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，也提供了特殊的DSP指令，可以快速的实现各种数字信号处理算法。该系列处理器主要具有以下优点：1）大规模集成性；2）稳定性好，精度高；3）可编程性；4）高速性能；5）可嵌入性；6）接口和集成方便。但是其有成本较高、高频时钟的高频干扰强、功率消耗较大以及对于本科生来说学习和应用难度大等缺点。 方案二：通用PC机、Windows操作系统以及MATLAB软件。 通用PC机在人机互动、数据处理方面具有简便、广泛的应用，在Windows操作系统下功能强大，很容易满足本次设计的要求。MATLAB软件具有强大的数学计算能力，便于编程，易于学习。对于PC机得到的数据，通过SOCKET通信协议传输给编程好的MATLAB程序中，可以快速、实时实现物体运动状态的求解与优化。 综上，本次设计选择方案二。 4.结论 本文以定位理论与卡尔曼滤波算法为背景，研究了物体运动的非机动模型，并在这个模型上应用了卡尔曼滤波算法对物体的运动状态进行了优化。为了更深入的掌握定位的方法和理论，将理论知识应用到解决实际问题的实践中去，本文讨论了如何基于普通的MCU和MATLAB编程环境来设计出高精度的物体运动状态估算系统。 参考文献 [1]康华光.电子技术基础（模拟部分)[M].第五版.北京：高等教育出版社.2006. [2]康华光.电子技术基础（数字部分)[M]．第五版．北京：高等教育出版社.2006. [3]李广弟.单片机基础[M].北京航空航天大学出版社.2007.6． [4]高卫东等.51单片机原理与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社．2008. [5]周建兴等.MATLAB从入门到精通[M].北京：人民邮电出版社.2008. [6]（美）奥本海默等著，刘树棠译.信号与系统[M].第二版.北京：电子工业出版社.2012. [7]高西全等.数字信号处理[M].第三版.西安：西安电子科技大学出版社.2008. [8](美)奥本海默等著，刘树棠等译.离散时间信号处理[M].第三版.北京：电子工业出版社.2014. [9]陈怀琛.数字信号处理教程MATLAB释义与实现[M].第三版.北京：电子工业出版社.2013. [10]李尚志.线性代数[M].北京：高等教育出版社.2006. [11]何子述等.现代数字信号处理及其应用[M].北京：清华大学出版社.2009. [12]张贤达.现代信号处理[M].北京：清华大学出版社.2002. [13]谢刚.GPS原理与接收机设计.北京：电子工业出版社.2009. [14](美)巴顿著,南京电子技术研究所译.雷达系统分析与建模.北京：电子工业出版社.2007. [15]樊昌信,曹丽娜.通信原理[M].北京：国防工业出版社.2006. [16]马忠梅.单片机的C语言应用程序设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003. [17]王康等.基于UKF的GPS定位算法[J].宇航学报，2011. [18]张应和.基于WIFI智能车远程测距装置结构设计与研究[J].机电一体化，2013. [19]赵奇.卡尔曼滤波在GPS定位中的研究与实现[D].成都：电子科技大学，2013. [20]汪宝安.基于UKF滤波的单目标跟踪算法研究[D].长沙：国防科技大学，2003.

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：该系统分上位机和下位机组成。

上位机（通用pc机、windows操作系统以及matlab软件）主要要用于人机互动和小车位置的求解与优化。

下位机包括测距模块、显示模块和通信模块。