Матвеев В.В., Жданова Н.И., Сушков Н.А. Мобильные устройства в научно-исследовательской и экспериментальной работе

Учебное пособие. — Под ред. В.В. Матвеева. — Тула: Тульский государственный университет (ТулГУ), 2016. — 114 с.Учебное пособие рассказывает о том, как с помощью современного смартфона или планшетного компьютера провести научно-исследовательские и экспериментальные работы по изучению микромеханических датчиков и построению на их основе систем ориентации подвижных объектов. Проведение исследовательских работ не требует специального оборудования и программного обеспечения. Располагая смартфоном (планшетным компьютером) и, владея начальными знаниями в среде Mathcad, каждый читатель сможет изучить работу электронного компаса, систему ориентации на гироскопах и акселерометрах, овладеть элементами комплексирования датчиков.
Книга может быть полезна студентам ВУЗов, школьникам старших классов, занимающихся научно-исследовательскими работами по программам олимпиад «Шаг в будущее», «Старт в науку», а также подготовкой проектных работ для образовательного центра «Сириус».Введение
Мобильные устройства – средства для работы и учебы
Характеристика датчиков мобильных устройств
Приложения, используемые в пособии
Акселерометры мобильных устройств
Система координат, связанная с мобильным устройством
Принципы построения акселерометров
Микромеханические акселерометры
Особенности измерительных свойств акселерометра
Проводим первые эксперименты
Исследование периода колебаний физического маятника
Акселерометрическая система ориентации
Принцип действия АСО
Калибровка акселерометров АСО
Исследование акселерометрической системы ориентации мобильного устройства
Гироскопы
Что такое гироскоп?
Микромеханические гироскопы
Гироскопическая система ориентации с углами эйлера-крылова
Алгоритм ориентации с углами Эйлера-Крылова
Численная реализация алгоритма
Калибровка гироскопов
Исследование гироскопической системы ориентации с углами Э-К
Гироскопическая система ориентации с направляющими косинусами
Основные теоретические сведения
Матрицы направляющих косинусов
Свойства матрицы направляющих косинусов
Уравнение Пуассона
Численная реализация уравнения Пуассона
Порядок выполнения работы
Гироскопическая система ориентации с кватернионами
Основные теоретические положения
Параметры Родрига-Гамильтона и кватернионы
Кинематическое уравнение и его численная реализация
Исследование ГСО с кватернионами
Магнитометрическая система ориентации
Основные теоретические сведения
Магнитное поле Земли
Принцип действия магнитометра
Погрешности магнитометров и их устранение
Вычисление азимута
Исследование магнитометрической системы ориентации
Комплексирование датчиков
Для чего необходимо комплексирование
Комплексирование ГСО и АСО
Численная реализация комплементарного фильтра
Исследование комплементарного фильтра
Простейший шагомер
Устройства для подсчета шагов
Порядок выполнения работы