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基于无线局域网的智能铁鞋系统开发
| 论文题名： | 基于无线局域网的智能铁鞋系统开发 |
| 关键词： | 智能铁鞋;管理系统;无线局域网;数据传输;位姿检测;扩展卡尔曼滤波;软件开发 |
| 摘要： | 在铁路中转站场务作业中，列车溜逸作为常见的事故之一为铁路运输部门带来巨大的损失，有必要采取新的手段降低该事故发生的概率。铁鞋作为一种列车防溜装置，因具有良好的便携性以及受地域环境限制较小等优点被广泛采用。目前，传统铁鞋因缺乏智能性而存在放置不规范、周期性巡检工作量大、出入库手工记录繁琐、漏支漏撤无报警、意外失窃等问题。为了实时掌握铁鞋的工作动态、及时了解铁鞋在现场工作的状况，非常有必要结合新型传感器技术在原有铁鞋的基础上研制出一种具有高效防溜、实时监视、数据管理等功能的新型智能铁鞋管理系统。为此本文围绕无线局域网数据传输、铁鞋终端系统设计以及终端数据管理三方面展开研究。 为了提高数据在传输中的效率及安全性，通过对比目前常见局域网的特点，结合数据传输安全、低功耗、远距离传输等指标要求提出了基于 Lora 局域网的数据传输方式，对无线局域网部分进行设计，完成了 Lora 模块的选型和数据格式定义、网关的配置以及传输模块在复杂环境下相关传输能力测试。 根据总体功能要求，本文在原有铁鞋终端的基础上进行改进升级，增加了位姿检测、激光测距、Lora无线传输等新功能模块，设计出了以STM32L051C8T6为控制核心的铁鞋终端硬件原理图，并完成了 PCB 板的设计。基于状态机方式完成了终端的嵌入式软件设计，并进行了相关功能的测试。 为保证防溜铁鞋放置的规范性，本文对陀螺仪位姿检测算法进行深入研究，采用扩展卡尔曼滤波算法实现位姿解算。该算法利用角速度计、加速度计互补原理将误差矩阵融入状态更新过程，经过几何变换将加速度计测量值作为预测量，根据预测量最优协方差估计求解卡尔曼增益。通过Matlab软件仿真，验证了该算法实现位姿解算的正确性。 最后，为实现上位机软件对终端数据的可靠接收和高效管理，采用多线程方式实现数据接收，使用MySQL数据库进行数据管理，完成了基于C++Builder集成开发环境的上位机软件的设计开发。通过对数据表的合理设计，保证了数据存储的高效性、信息记录的完整性和数据查询的便捷性，实现了对铁鞋的安全、高效、智能化的管理。 |
| 作者： | 齐锋 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 王亚晓;张文辉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西安工业大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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