INDICE
INTRODUZIONE...5
1 LA MISURA DELLA POSIZIONE MEDIANTE INTERFACCIA HAND- FREE...8
1.1 MOTIVAZIONI ED OBIETTIVI...8
1.2 DESCRIZIONE DEL SISTEMA DI NAVIGAZIONE...10
1.3 OBIETTIVI DELLA TESI...14
1.4 APPLICAZIONI...16
2 DESCRIZIONE DEL SISTEMA ...18
2.1 SPECIFICHE TECNICHE DEL SISTEMA E MONTAGGIO...18
2.2 ANALISI PRELIMINARE E MESSA A PUNTO DELL’AMBIENTE DI SVILUPPO...25
2.3 SVILUPPO DEL SOFTWARE D’INTEGRAZIONE PLANARE...27
2.3.1 Il doppio integratore semplice ...27
2.3.2 Il doppio integratore con filtro di Kalman ...30
2.3.3 Il filtro con integratore ...32
2.3.4 Doppio integratore con circuito di controllo...33
2.3.5 Doppio integratore con circuito di controllo ottimizzato...35
2.3.6 Separazione HF-LF...36
3 SVILUPPO DEL MODELLO DI CONTROLLO...38
3.1 CALCOLO DEGLI ANGOLI DI VESTIZIONE...38
3.2 SVILUPPO DEL SOFTWARE D’INTEGRAZIONE SPAZIALE...40
3.2.1 Monitoraggio dei 6 gradi di libertà ...41
3.2.2 Suddivisione in due modalità di funzionamento...46
3.3 LA MODALITÀ STATICA...47
3.3.1 Possibilità di navigazione ...47
3.3.2 Calcolo dell’angolo d’inclinazione ...47
3.4 LA MODALITÀ DINAMICA...49
3.4.1 Calcolo dell’angolo d’inclinazione dinamico ... .50
3.4.2 Separazione frequenziale rotazione-movimento...54
3.4.3 La ricostruzione del passo...55
3.4.4 Il recupero del tempo reale ...63 2
3.5 LO SCHEMA DI CONTROLLO COMPLETO...66
4 SCELTA DELLE SOLUZIONI TECNICHE...68
4.1 GLI ACCELEROMETRI...70
4.1.1 Requisiti da soddisfare...70
4.1.2 Gli ADXL202 ...71
4.2 IL MICROCONTROLLORE E POSSIBILI SOLUZIONI SUL MERCATO...75
4.2.1 Microprocessori ...76
4.2.2 DSP ...76
4.2.3 Microcontrollori...77
4.3 ILPIC18F6621 ...86
4.3.1 Architettura ...86
4.3.2 Uso del convertitore AD ...93
4.3.3 Uso del modulo seriale USART ...96
4.3.4 Uso dell’IO digitale...99
4.3.5 Uso dei timer...100
4.4 CONSIDERAZIONI SULLA ARCHITETTURA DI CONTROLLO DIGITALE...102
4.4.1 Lo schema circuitale ...102
4.4.2 La scelta dei componenti ...104
4.4.3 Possibili sviluppi futuri...104
4.5 IL SISTEMA DI COMUNICAZIONE...106
4.5.1 Descrizione dell’utilizzo da computer remoto...106
5 SVILUPPO SOFTWARE, REALIZZAZIONE ED INTEGRAZIONE DEL SISTEMA ...108
5.1 L’AMBIENTE MPLAB...108
5.2 STRUTTURA DELL’EMBEDDED REAL-TIME TARGET...109
5.2.1 Modifiche da apportare per il corretto interfacciamento ...110
5.2.2 Modifiche al main ...111
5.3 GESTIONE DELLO SCHEMA IN BASE AI VINCOLI TECNICI...113
5.3.1 Accorgimenti nella creazione del modello simulink ...114
5.3.2 Risultati della compilazione dello schema di controllo ...116
6 PROVE SPERIMENTALI...117
4
6.1 RISULTATI D’INTEGRAZIONE PLANARE...117
6.2 ESPERIMENTI D’INTERAZIONE IN AMBIENTE VIRTUALE...120
6.3 VALUTAZIONE DELLA MODALITÀ DI NAVIGAZIONE STATICA...121
6.4 VALUTAZIONE DELLA MODALITÀ DI NAVIGAZIONE DINAMICA...122
CONCLUSIONI...123
APPENDICI ...125
A CARATTERISTICHE DEGLI ACCELEROMETRI...125
B SCHEMI MATLAB...128
C FORMULE PER IL CALCOLO DEI SEI GRADI DI LIBERTÀ...135
D CODICI C...138
RINGRAZIAMENTI...144
