煤矿机电一体化论文提纲

论文题目：基于LiFi通信技术的旋转式激光雷达研制

摘要：旋转式激光雷达（LiDAR,Light Detection and Ranging）是一种集激光技术、雷达技术和光机电一体化技术于一体的主动式探测技术,已成为获取空间三维数据的一种重要技术手段。旋转式激光雷达具有探测范围广、精度高、速度快、稳定性好等优点,在军事、汽车、SLAM（Simultaneous Localization And Mapping）建图、火灾救援、无人机避障与路径规划以及煤矿下巷道变形监测等领域具有重要应用价值。本文在详细剖析传统旋转式激光雷达系统组成和关键技术的基础上,主要从旋转式激光雷达的数据传输方式、旋转实现方式、控制器编程方式等方面进行改进:首先,针对传统旋转式激光雷达系统旋转部分与固定部分之间采用电刷通信导致的寿命低、转速慢的问题,提出了替代传统电刷的基于LiFi（LightFidelity）的全双工无线通信系统进行旋转式激光雷达旋转部分与固定部分间的数据传输。其次,根据旋转式激光雷达的测量距离和测量速度需要,选择了合适的激光测距传感器;同时,为了解决旋转部分供电问题,设计了无线供电模块,并根据旋转式激光雷达的特点设计了中空式的永磁式无刷电机,来实现旋转式激光雷达旋转部分的供电与旋转;并设计了机壳等相关结构。再次,使用LabVIEW for STM32编程环境分别对旋转式激光雷达旋转部分与固定部分的控制器进行了程序编写,并对上位机数据处理软件进行了程序设计,从而构成了旋转式激光雷达的软件系统部分。最后,对旋转式激光雷达进行了扫描测试及误差分析,并对通过旋转式激光雷达扫描及上位机软件处理后得到的点云图像进行了基于SIFT算法的人体轮廓识别。

关键词：LiFi可见光通信;全双工无线通信;旋转式激光雷达;SIFT;LabVIEW for STM32

学科专业：机械工程

摘要

Abstract

1. 绪论

1.1 课题背景和研究意义

1.2 旋转式激光雷达国内外研究现状

1.2.1 气象与大气环境探测旋转式激光雷达

1.2.2 陆地、海洋和森林探测旋转式激光雷达

1.2.3 军用旋转式激光雷达

1.2.4 商用旋转式激光雷达

1.3 旋转式激光雷达关键技术分析

1.4 LiFi通信技术概述

1.5 论文主要研究内容和章节安排

2. LiFi全双工无线通信系统设计

2.1 LiFi通信技术在旋转式激光雷达中的应用

2.2 LiFi全双工无线通信系统组成

2.3 LiFi全双工无线通信系统通信原理

2.4 发射电路设计

2.4.1 LED发光机理

2.4.2 发射电路设计

2.5 接收电路设计

2.5.1 光电二极管

2.5.2 PIN光电二极管感光原理

2.5.3 接收电路设计

2.6 系统误码率分析

2.7 LiFi全双工无线通信系统测试程序设计

2.7.1 LabVIEW for STM32编程环境

2.7.2 LiFi全双工无线通信系统通信测试程序设计

2.8 LiFi全双工无线通信系统通信测试

2.9 本章小结

3. 旋转式激光雷达系统组成与程序设计

3.1 激光测距传感器

3.1.1 FS010技术参数

3.1.2 外形尺寸与接口定义

3.1.3 通信协议与数据格式

3.2 无线供电模块

3.3 永磁式无刷电机

3.3.1 永磁式无刷电机介绍

3.3.2 永磁无刷电机驱动

3.4 系统程序设计

3.4.1 旋转部分控制器程序

3.4.2 固定部分控制器程序

3.5 机壳结构设计

3.6 旋转式激光雷达扫描测试

3.6.1 上位机软件介绍

3.6.2 旋转式激光雷达扫描测试

3.6.3 误差分析

3.7 本章小结

4. 工程应用案例

4.1 SIFT算法简介

4.2 图像特征匹配

4.3 SIFT特征点提取

4.4 SIFT提升算法研究

4.5 基于旋转激光雷达和SIFI算子的人体轮廓识别

4.6 本章小结

5. 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢