液罐车车载监控系统车辆姿态检测模块设计(附件)
随着我国经济发展和建设的需要，货运物流更加密集，重大事故频繁发生。液罐车运输车辆在整个运输过程中缺乏全过程实时、动态、有效的姿态检测监控和管理措施。本文通过研究一种车辆姿态检测模块，分析其基本原理，通过MPU-6050模块及时且实时反映液罐车的三轴加速度和三轴角速度的信息，完成液罐车车载监控系统-车辆姿态检测模块设计，应用Altium Designer 软件设计PCB，并阐述传感器内部的姿态解算。关键词 液罐车,MPU-6050传感器,姿态解算
目录
1 绪论 1
1.1 国内外现状 1
1.2 研究内容 2
2 车辆姿态检测模块设计 2
2.1 姿态传感器的选取 3
2.2 姿态传感器MPU6050的介绍 3
2.2.1 姿态传感器MPU6050的特点 3
2.2.2 姿态传感器MPU6050的规格参数 4
2.3 姿态传感器MPU6050的原理 5
2.3.1 加速度计原理 5
2.3.2 陀螺仪原理 9
3 姿态传感器MPU6050电路原理图的绘制 10
3.1 运用Altium Designer13进行电路原理图的绘制 10
3.2 运用Altium Designer13进行电路原理图的封装 15
4 MPU6050传感器姿态解算 17
4.1 初始化四元数 17
4.2 修正角速度差 18
4.3 数据交融 19
4.4 四元数更新 20
4.5 规范化处理 21
4.6 欧拉角转换 21
结论 22
致谢 23
参考文献 24
1 绪论
近几年来，随着我国经济的快速发展，特别是化学工业的崛起，在国民经济结构中已经成为必不可少的一部分。液罐车运输危险品的需求量也越来越大，随之而来的就是由于各种因素导致的危化品运输事故也越加频繁 [1]。虽然危化品的需求带来的是巨大的经济效益，但是随之而来的就是运输途中对安全的重大考验。如2005年3月2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
9日19时许，在京沪高速公路淮江段发生的一起特大事故，造成了将近30人的死亡，四百余人中毒住院，将近两千人入门诊治疗，该起事故的起因就是因为超载液罐车突然爆胎，司机不能及时采取措施而失控，车辆撞毁护栏与对向车辆发生碰撞造成侧翻，导致所载液氯泄漏。
事故的发生往往让人触目惊心，特别存在于高风险的危险品运输行业中。为了有效解决或预防液罐车事故频繁发生的问题。国家相继出台了一系列的条例规定，如《危险化学品安全管理条例》、《道路危险品货物运输管理规定》等。此外，还要遵守很多特殊规定。与此同时，国内外也涌现出许多先进技术，如无线传感器技术，多维加速度传感器技术和全球定位系统等，对液罐车进行实时、准确、有效的监控及管理，很大程度上减少了事故隐患及避免了人财损失[2]。
1.1 国内外现状
对于危险品运输，国外发达国家给予了高度的重视，如美国、法国和德国等都特别重视对危险化学品物流运输的监控管理。为了降低事故发生率和发生事故后有效的解决，有必要对从业人员进行严格培训。经过了数十年研究，一些国外发达国家在货物运输这一领域的技术逐渐近于完善。但是即使这样，还是存在着一系列的问题。虽然国外发达国家非常重视确保货物运输管理体系的健全和发生事故后的妥善应急处理，但是这并不能从根本上解决危险品运输问题。只有实时监控其行驶姿态信息，才能更好的预防危险品运输车辆事故的发生[3]。
目前，由于缺乏全方位的实时有效的监测系统，导致一直未能及时反映行驶中液罐车动态，反映到控制中心的车身信息无法及时而准确的送达，因而控制中心不能及时又准确的做到预警和提出有效的解决方案[4]。
宁夏大学物理电气信息学院的刘大铭，马克军，马天成设计了一款无线实时监控系统，该系统能实时反映危险品运输车辆运输途中的车身信息。采用嵌入式web技术，通过Zigbee技术实现车辆内部的通讯从而将信息通过3G网络发送到监控中心来实现无线监控[5]。
中北大学的赵鑫炉，提出了一个车载姿态测量系统，通过传感器技术，设计四元数作为其内部姿态解算，并用扩展卡尔曼滤波算法降低噪声和周围局部磁场对其测量结果的影响，使测量结果更加准确，让监控系统对姿态的检测更加全方面[6]。
虽然目前国内也对液罐车运输监控系统方面做了很多的贡献，一批批先进个人与企业也涌现，设立货运车辆公共监管与服务平台，这是一个第三方监管的公益性平台，通过卫星监控系统来检测车辆信息。但因为液罐车监控体系不够完善，进而也存在着许多的弊端，导致了无法及时对姿态监控进行全局防范。
1.2 研究内容
本文主要是通过设计一种车辆姿态检测系统，重点是通过查阅相关资料选取MPU6050姿态传感器模块进行研究，并分析传感器的工作原理，然后利用Altium Designer 软件进行电路原理图的绘制和封装。最后通过四元数法对模块内部进行姿态解算。姿态传感器能够实时准确地反映液罐车的行驶姿态信息，如三维加速度、俯仰角、侧倾角等，对整个液罐车监控系统具有重要意义。
2 车辆姿态检测模块设计
随着我国运输产业的越加昌盛，液罐车运输也越来越频繁。液罐车具有质心高、吨位大的特点，往往在液罐车遇到紧急事故时，因为避让导致罐体内的液体因流动特性而与罐壁发生碰撞引起冲击，大大降低了液罐车的行驶稳定性，指示其发生侧翻，甚至导致危化品泄露乃至爆炸，造成巨大的人员伤亡和财产损失并且严重污染环境[7，8]。
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1 绪论 1
1.1 国内外现状 1
1.2 研究内容 2
2 车辆姿态检测模块设计 2
2.1 姿态传感器的选取 3
2.2 姿态传感器MPU6050的介绍 3
2.2.1 姿态传感器MPU6050的特点 3
2.2.2 姿态传感器MPU6050的规格参数 4
2.3 姿态传感器MPU6050的原理 5
2.3.1 加速度计原理 5
2.3.2 陀螺仪原理 9
3 姿态传感器MPU6050电路原理图的绘制 10
3.1 运用Altium Designer13进行电路原理图的绘制 10
3.2 运用Altium Designer13进行电路原理图的封装 15
4 MPU6050传感器姿态解算 17
4.1 初始化四元数 17
4.2 修正角速度差 18
4.3 数据交融 19
4.4 四元数更新 20
4.5 规范化处理 21
4.6 欧拉角转换 21
结论 22
致谢 23
参考文献 24
1 绪论
近几年来，随着我国经济的快速发展，特别是化学工业的崛起，在国民经济结构中已经成为必不可少的一部分。液罐车运输危险品的需求量也越来越大，随之而来的就是由于各种因素导致的危化品运输事故也越加频繁 [1]。虽然危化品的需求带来的是巨大的经济效益，但是随之而来的就是运输途中对安全的重大考验。如2005年3月2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
9日19时许，在京沪高速公路淮江段发生的一起特大事故，造成了将近30人的死亡，四百余人中毒住院，将近两千人入门诊治疗，该起事故的起因就是因为超载液罐车突然爆胎，司机不能及时采取措施而失控，车辆撞毁护栏与对向车辆发生碰撞造成侧翻，导致所载液氯泄漏。
事故的发生往往让人触目惊心，特别存在于高风险的危险品运输行业中。为了有效解决或预防液罐车事故频繁发生的问题。国家相继出台了一系列的条例规定，如《危险化学品安全管理条例》、《道路危险品货物运输管理规定》等。此外，还要遵守很多特殊规定。与此同时，国内外也涌现出许多先进技术，如无线传感器技术，多维加速度传感器技术和全球定位系统等，对液罐车进行实时、准确、有效的监控及管理，很大程度上减少了事故隐患及避免了人财损失[2]。
1.1 国内外现状
对于危险品运输，国外发达国家给予了高度的重视，如美国、法国和德国等都特别重视对危险化学品物流运输的监控管理。为了降低事故发生率和发生事故后有效的解决，有必要对从业人员进行严格培训。经过了数十年研究，一些国外发达国家在货物运输这一领域的技术逐渐近于完善。但是即使这样，还是存在着一系列的问题。虽然国外发达国家非常重视确保货物运输管理体系的健全和发生事故后的妥善应急处理，但是这并不能从根本上解决危险品运输问题。只有实时监控其行驶姿态信息，才能更好的预防危险品运输车辆事故的发生[3]。
目前，由于缺乏全方位的实时有效的监测系统，导致一直未能及时反映行驶中液罐车动态，反映到控制中心的车身信息无法及时而准确的送达，因而控制中心不能及时又准确的做到预警和提出有效的解决方案[4]。
宁夏大学物理电气信息学院的刘大铭，马克军，马天成设计了一款无线实时监控系统，该系统能实时反映危险品运输车辆运输途中的车身信息。采用嵌入式web技术，通过Zigbee技术实现车辆内部的通讯从而将信息通过3G网络发送到监控中心来实现无线监控[5]。
中北大学的赵鑫炉，提出了一个车载姿态测量系统，通过传感器技术，设计四元数作为其内部姿态解算，并用扩展卡尔曼滤波算法降低噪声和周围局部磁场对其测量结果的影响，使测量结果更加准确，让监控系统对姿态的检测更加全方面[6]。
虽然目前国内也对液罐车运输监控系统方面做了很多的贡献，一批批先进个人与企业也涌现，设立货运车辆公共监管与服务平台，这是一个第三方监管的公益性平台，通过卫星监控系统来检测车辆信息。但因为液罐车监控体系不够完善，进而也存在着许多的弊端，导致了无法及时对姿态监控进行全局防范。
1.2 研究内容
本文主要是通过设计一种车辆姿态检测系统，重点是通过查阅相关资料选取MPU6050姿态传感器模块进行研究，并分析传感器的工作原理，然后利用Altium Designer 软件进行电路原理图的绘制和封装。最后通过四元数法对模块内部进行姿态解算。姿态传感器能够实时准确地反映液罐车的行驶姿态信息，如三维加速度、俯仰角、侧倾角等，对整个液罐车监控系统具有重要意义。
2 车辆姿态检测模块设计
随着我国运输产业的越加昌盛，液罐车运输也越来越频繁。液罐车具有质心高、吨位大的特点，往往在液罐车遇到紧急事故时，因为避让导致罐体内的液体因流动特性而与罐壁发生碰撞引起冲击，大大降低了液罐车的行驶稳定性，指示其发生侧翻，甚至导致危化品泄露乃至爆炸，造成巨大的人员伤亡和财产损失并且严重污染环境[7，8]。
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