1.一种运动目标轨迹追踪系统,其特征在于:包括运动检测模块、控制模块、显示模块、串口通信模块和PC端处理模块,其中:运动检测模块:采用MPU6050六轴传感器;
控制模块:以MSP430F169为主控芯片;
串口通信模块:采用PL2303HX芯片;
所述运动目标轨迹追踪系统采用如下计算方法:
1)获得传输至PC端的各参数信息,并进行Kalman滤波消除随机噪声;
2)MPU6050传感器输出离散数据,所以曲线在采样时间间隔Δt足够小的情况下,能够简化为直线;这样就能把曲线拆分成无数个直角梯形,对v(t)进行积分也便是对拆分的直角梯形面积进行求解;具体如下:令初始条件s(t0)=0,即:
Δt=t1‑t0=t2‑t1=...=tn‑tn‑1,t0为起始时刻,t1、t2…tn为等间隔时间序列,令Δt为时间间隔;
离散域中n>1时,
由式2、式3可得:
由式4、式5可看出,求当前瞬时运动速度v(n)和运动位移s(n),可由s(n‑1)、v(n‑1)、a(n‑1)和当前a(n)计算出;
3)将v(n)、s(n)的推导结果运用到加速度传感器中,得到三维空间位移公式;
4)计算一次运动轨迹需要进行2*3*n次积分运算,根据实际位移简化为2*3*n次加法演算。
2.根据权利要求1所述的一种运动目标轨迹追踪系统,其特征在于:MPU6050的管脚XDA、XCL不与MSP430F169相连,管脚GND与MSP430F169共地,管脚VCC连接到MSP430F169的
3.3V引脚,SDA引脚连接MSP430F169的P2.1口,SCL引脚连接MSP430F169的P2.0端。
3.根据权利要求1所述的一种运动目标轨迹追踪系统,其特征在于:PL2303HX芯片的+
5V连接到MSP430F169的+5V引脚,且共地;PL2303HX芯片的RXD引脚连接到MSP430F169的TXD即P3.4引脚,TXD引脚连接到MSP430F169的RXD即P3.5引脚。
4.根据权利要求1所述的一种运动目标轨迹追踪系统,其特征在于:MSP430F169通过IIC总线与MPU6050六轴传感器连接。
5.根据权利要求1所述的一种运动目标轨迹追踪系统,其特征在于:所述步骤3)中将式
4、式5中v(n)、s(n)的推导结果运用到加速度传感器中,可以得到三维空间位移公式为:[x0,y0,z0]=[sx0,sy0,sz0] (6)
6.根据权利要求1所述的一种运动目标轨迹追踪系统,其特征在于:所述步骤1)中,Kalman滤波方法,包括以下步骤:预测阶段为:假设此时为k时刻,首先根据状态系统模型,可以基于系统上一时刻的状况而预计出当下的状态方程:X(k|k‑1)=AX(k‑1|k‑1)+BU(k) (9)式(9)中,X(k|k‑1)是通过上一时刻的状态估计得到的当下状态,X(k‑1|k‑1)是上一时刻最优的预计值,U(k)是此刻对系统的控制量;
系统状态的协方差也就是预计值,如式(10)所示:T
P(k|k‑1)=AP(k‑1|k‑1)A+Q (10)式(10)中,P(k‑1|k‑1)是X(k|k‑1)的协方差,P(k‑1|k‑1)是X(k‑1|k‑1)的协方差;
更新阶段为:已知目前状况的估计值,再结合当前状况的观测值,可得当前状况的最优化估计值:X(k|k)=X(k|k‑1)+Kg(k)[Z(k)‑HX(k|k‑1)] (11)其中的Kg,就是Kalman增益,它可以根据不同的时刻而不断改变自身的值,如下式:T T
Kg(k)=P(k|k‑1)H/[HP(k|k‑1)H+R] (12)虽然现在已经得到k时刻系统状态最优的预计值X(k|k),但是还需要更新P(k|k)来保证Kalman滤波过程能循环工作到最终,如下式:P(k|k)=[I‑Kg(k)H]P(k|k‑1) (13)I为单位矩阵。