液罐车车载监控系统车辆姿态检测模(附件)
近年来我国经济的飞速发展，对于液罐车的使用也越来越多。但是由于液罐车轮距短、质心高，导致其容易发生交通事故，造成巨大的损失。对于以上状况，本论文以实时监控液罐车车身状态为目的，首先研究其背景，再分析传感器的运行原理, 然后绘制电路原理图及购置MPU-6050传感器, 最后阐述传感器内部姿态解算的过程得到三轴加速度值和三轴角速度值。利用姿态传感器对液罐车的运行状态进行监测，然后将车身姿态数据及时反馈到控制中心。关键词 液罐车, MPU-6050传感器, 姿态解算
目 录
1 绪论 1
1.1 国内外发展现状 1
1.2 研究重点 3
2 车身姿态检测模块分析与选取 3
2.1 姿态传感器的选取 3
2.2 姿态传感器MPU6050 的介绍 4
3 MPU6050传感器电路原理图绘制 11
4 MPU6050传感器姿态解析 17
4.1 初始化四元数 18
4.2 修正角速度差 18
4.3 数据交融 20
4.4 四元数更新 20
4.5 规范化处理 21
4.6 欧拉角转换 22
结 论 23
致 谢 24
参考文献 25
1 绪论
近年来，中国的化学工业发展迅速，在国民经济结构中占据越来越高的比例。危化品通过液罐车的运输量越来越大，但是危化品事故的发生也随之多发[1]。2008年2012年之间我国危险品运输的对象主要是这几类易燃、易腐、有毒产品，其为：成品油（汽油、柴油、煤油）、乙烯、农药、浓硝酸、纯苯、盐酸、合成氨、硫酸、甲醇、烧碱等十二种。2009，这十二种主要危险品的总产量接近4吨[2]。截至2011年，这些产品总产量已经达到了5亿吨，总运输总量在5.5亿吨左右，年均增幅达到10%。由于这些危险品的产量的极具上涨，直接带动了物流产业的飞速发展[3]。此外，放射性物质的核动力工业生产和中国的医药产业发展的物流需求也大大促进了危险品物流行业在中国的发展。如此庞大的运输数量带来的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
是对危险品运输行业的安全考验[4]。2014年3月，山西省晋城市，泽州县的晋济高速公路，在晋城路段的岩后隧道中，发生了一起甲醇运输的两辆铰接列车追尾相撞的恶性交通事故，前面车载的甲醇泄漏后引起火灾，由于此时隧道内还停留着其他两辆危化品运输车，以及还有30多辆煤炭运输车，这些车辆被引燃后又引发爆炸，造成接近40人死亡、十几人受伤和多辆车被烧毁，直接经济损失达到8000多万元。
在这样严峻的态势下，增强对危化品运输的管理与监督工作就显得极其刻不容缓。切实针对液罐车的实时监测，准确定位，及时预防，从而减少事故隐患，避免人财损失。国家对此先后出台了《危险品管理规定》，《汽车运输危险货物规则》这两份规定和规则。因此运用先进的计算机技术，全球定位系统，自动控制系统，无线传感技术，对液罐车进行有效地监测、指挥、预警是非常重要的。对于保障人民生命财产，环境保护都具有异常重大的意义。
1.1 国内外发展现状
对于危化品运输，可以从1960年后说起，比如一些西方发达国家，如美国，法国，德国等就对危化品的运输与仓储事宜进行了深入的探讨与研究，到了后来1980年之后，1990年初期这样的阶段，先后召开了三次国际学术会议，专门讨论了相关的技术问题并且提出解决方案[5]。在经历了几十年的发展后，这些发达国家的危险品运输已经趋于成熟，但是即便如此，他们也仅仅是在管理机制建设和事故分析上有成效，危险货物运输安全监控体系亟待完善。因此，为了进一步提高运输安全水平，有必要对危险品运输安全监控系统进行深入研究。
目前国内的液罐车运输车辆本身缺乏全方位实时监测系统，那么就导致液罐车动态不能被实时反馈，相关信息就不能及时而准确地反馈到控制中心，因而不能及早提出解决办法。另外，国内的企业并没有足够的资金去购买更先进、安全性能更高的车辆，这也是导致事故发生的一大原因。
杨一帆在西南交大时对于危化气体的运输环境问题，用DSP研制出一套危化品检测系统，此系统可以用来检测危化品气体周围环境温度、湿度和它的浓度，检测数据可与电脑端完成数据传输，并且可随时查看和调用已存储的数据[1]。
中国地质大学的陈瑞晶以福建省的道路交通运输单位为研究对象，进行了危险因数的原因分析。在宏观与微观两方面，分析了灰色关联关系，并且重点解析了危化品运输导致的事故影响，建立危化品泄漏、火灾、爆炸模型。在福建省各道路交通运输单位，建立安全评价指标系统，通过该系统可以进行安全等级的解析[6]。
长安大学的李珺在研究物联网技术以及交通要素运行信息遥感技术之后，运用CC2530无线传感节点为主要部件，加上各种传感器，制作了车载感知子系统体系，用于监控液罐车辆的车辆倾覆以及侧翻、危险品泄漏、爆炸等各种运输状态；其次，钻研3G无线传输技术、ARM嵌入式技术和RFID交通身份特征标识技术，用S5PV210微处理器为主要部件建立车载终端系统安装在车上，并设计了软件程序和车载终端子系统硬件系统，能够对车辆状态数据进行接收，然后解析处理，同时对状态报警和对数据远程发送[7]。
国内许多企业和科研机构也对液罐车运输监测方面做了很多投入和研发。赛格公司使用GPS对液罐车的路线、速度进行监控。对于危险品道路运输车辆的运行、安全等进行监控，并能应用管理，这个系统是由天泰雷兹科技（北京）有限公司所研制的，行车记录仪厂家大科星公司则利用汽车记录仪对车辆的速度，停车和制动时间点等车辆各种运行状况进行记载。但目前的液罐车监控过于单一。无法实现对液罐车、危险物品全方位的姿态监控预警。
1.2 研究重点
本文主要利用传感器对液罐车三轴加速度和三轴角加速度进行监测，通过分析液罐车以及整个系统的特点，分析传感器工作原理，然后利用软件画出该传感器的电路图，最终解析传感器内部运行原理并得到三轴加速度和三轴角速度。主要目的是对液罐车的运行姿态监控，包括三维的加速度以及俯仰角、侧倾角、方位角，以及能够及时反馈车辆姿态数据。
2 车身姿态检测模块分析与选取
液罐车在装入液体之后，会导致其重心位置较高、体积和质量较大，并且由于其轮距相对过小，很容易发生侧翻。液罐车在行驶过程中，车辆自身的震动也会引起车辆失控。那么，对于车辆的姿态（包括倾角、转弯、震动、加速度等）进行实时监控显得很有必要。
目 录
1 绪论 1
1.1 国内外发展现状 1
1.2 研究重点 3
2 车身姿态检测模块分析与选取 3
2.1 姿态传感器的选取 3
2.2 姿态传感器MPU6050 的介绍 4
3 MPU6050传感器电路原理图绘制 11
4 MPU6050传感器姿态解析 17
4.1 初始化四元数 18
4.2 修正角速度差 18
4.3 数据交融 20
4.4 四元数更新 20
4.5 规范化处理 21
4.6 欧拉角转换 22
结 论 23
致 谢 24
参考文献 25
1 绪论
近年来，中国的化学工业发展迅速，在国民经济结构中占据越来越高的比例。危化品通过液罐车的运输量越来越大，但是危化品事故的发生也随之多发[1]。2008年2012年之间我国危险品运输的对象主要是这几类易燃、易腐、有毒产品，其为：成品油（汽油、柴油、煤油）、乙烯、农药、浓硝酸、纯苯、盐酸、合成氨、硫酸、甲醇、烧碱等十二种。2009，这十二种主要危险品的总产量接近4吨[2]。截至2011年，这些产品总产量已经达到了5亿吨，总运输总量在5.5亿吨左右，年均增幅达到10%。由于这些危险品的产量的极具上涨，直接带动了物流产业的飞速发展[3]。此外，放射性物质的核动力工业生产和中国的医药产业发展的物流需求也大大促进了危险品物流行业在中国的发展。如此庞大的运输数量带来的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
是对危险品运输行业的安全考验[4]。2014年3月，山西省晋城市，泽州县的晋济高速公路，在晋城路段的岩后隧道中，发生了一起甲醇运输的两辆铰接列车追尾相撞的恶性交通事故，前面车载的甲醇泄漏后引起火灾，由于此时隧道内还停留着其他两辆危化品运输车，以及还有30多辆煤炭运输车，这些车辆被引燃后又引发爆炸，造成接近40人死亡、十几人受伤和多辆车被烧毁，直接经济损失达到8000多万元。
在这样严峻的态势下，增强对危化品运输的管理与监督工作就显得极其刻不容缓。切实针对液罐车的实时监测，准确定位，及时预防，从而减少事故隐患，避免人财损失。国家对此先后出台了《危险品管理规定》，《汽车运输危险货物规则》这两份规定和规则。因此运用先进的计算机技术，全球定位系统，自动控制系统，无线传感技术，对液罐车进行有效地监测、指挥、预警是非常重要的。对于保障人民生命财产，环境保护都具有异常重大的意义。
1.1 国内外发展现状
对于危化品运输，可以从1960年后说起，比如一些西方发达国家，如美国，法国，德国等就对危化品的运输与仓储事宜进行了深入的探讨与研究，到了后来1980年之后，1990年初期这样的阶段，先后召开了三次国际学术会议，专门讨论了相关的技术问题并且提出解决方案[5]。在经历了几十年的发展后，这些发达国家的危险品运输已经趋于成熟，但是即便如此，他们也仅仅是在管理机制建设和事故分析上有成效，危险货物运输安全监控体系亟待完善。因此，为了进一步提高运输安全水平，有必要对危险品运输安全监控系统进行深入研究。
目前国内的液罐车运输车辆本身缺乏全方位实时监测系统，那么就导致液罐车动态不能被实时反馈，相关信息就不能及时而准确地反馈到控制中心，因而不能及早提出解决办法。另外，国内的企业并没有足够的资金去购买更先进、安全性能更高的车辆，这也是导致事故发生的一大原因。
杨一帆在西南交大时对于危化气体的运输环境问题，用DSP研制出一套危化品检测系统，此系统可以用来检测危化品气体周围环境温度、湿度和它的浓度，检测数据可与电脑端完成数据传输，并且可随时查看和调用已存储的数据[1]。
中国地质大学的陈瑞晶以福建省的道路交通运输单位为研究对象，进行了危险因数的原因分析。在宏观与微观两方面，分析了灰色关联关系，并且重点解析了危化品运输导致的事故影响，建立危化品泄漏、火灾、爆炸模型。在福建省各道路交通运输单位，建立安全评价指标系统，通过该系统可以进行安全等级的解析[6]。
长安大学的李珺在研究物联网技术以及交通要素运行信息遥感技术之后，运用CC2530无线传感节点为主要部件，加上各种传感器，制作了车载感知子系统体系，用于监控液罐车辆的车辆倾覆以及侧翻、危险品泄漏、爆炸等各种运输状态；其次，钻研3G无线传输技术、ARM嵌入式技术和RFID交通身份特征标识技术，用S5PV210微处理器为主要部件建立车载终端系统安装在车上，并设计了软件程序和车载终端子系统硬件系统，能够对车辆状态数据进行接收，然后解析处理，同时对状态报警和对数据远程发送[7]。
国内许多企业和科研机构也对液罐车运输监测方面做了很多投入和研发。赛格公司使用GPS对液罐车的路线、速度进行监控。对于危险品道路运输车辆的运行、安全等进行监控，并能应用管理，这个系统是由天泰雷兹科技（北京）有限公司所研制的，行车记录仪厂家大科星公司则利用汽车记录仪对车辆的速度，停车和制动时间点等车辆各种运行状况进行记载。但目前的液罐车监控过于单一。无法实现对液罐车、危险物品全方位的姿态监控预警。
1.2 研究重点
本文主要利用传感器对液罐车三轴加速度和三轴角加速度进行监测，通过分析液罐车以及整个系统的特点，分析传感器工作原理，然后利用软件画出该传感器的电路图，最终解析传感器内部运行原理并得到三轴加速度和三轴角速度。主要目的是对液罐车的运行姿态监控，包括三维的加速度以及俯仰角、侧倾角、方位角，以及能够及时反馈车辆姿态数据。
2 车身姿态检测模块分析与选取
液罐车在装入液体之后，会导致其重心位置较高、体积和质量较大，并且由于其轮距相对过小，很容易发生侧翻。液罐车在行驶过程中，车辆自身的震动也会引起车辆失控。那么，对于车辆的姿态（包括倾角、转弯、震动、加速度等）进行实时监控显得很有必要。
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