Detección de movimiento y posición utilizando acelerómetros de 3 ejes

Abstract

El presente trabajo pretende estudiar y desarrollar un método para medir el desplazamiento de objetos y determinar su posición. El método propuesto consiste en medir la aceleración de un objeto, empleando como sensor un acelerómetro de 3 ejes, y aplicarles a estos datos un procesado que permita obtener la distancia recorrida. Una vez se obtiene el desplazamiento, conociendo la posición inicial, se puede determinar la posición final con relativa facilidad. Para realizar el sistema, se desarrolla un diseño hardware en VHDL que se implementa sobre una FPGA. Se parte de la hipótesis de que los datos obtenidos por el acelerómetro tendrán la calidad suficiente para, una vez realizado el procesado, obtener resultados buenos. Por tanto, lo primero será comprobar la hipótesis. Para ello, se realiza un estudio preliminar, desarrollando, en primer lugar, una primera versión hardware de la primera etapa del sistema que se encarga de la adquisición de datos, y en segundo, una primera versión software de la segunda etapa del sistema que se ocupa del procesado de datos. Tras analizar los datos de varias mediciones, a la salida de la primera etapa y a la salida de la segunda, se concluye que la hipótesis se cumple, aunque si se respetan ciertas condiciones de funcionamiento. Una vez validada la hipótesis, se diseñan las versiones finales hardware de las dos primeras etapas. A continuación, se desarrolla la tercera etapa del sistema que permite visualizar la distancia recorrida empleando un visualizador 7 segmentos. Tras combinar las tres etapas, se consigue una versión final del sistema que funciona mientras se cumplan las restricciones. Por último, se desarrollan tres aplicaciones para el sistema y se comprueba su funcionamiento.

The present work aims to study and develop a method to measure the displacement of objects and determine their position. The proposed method consists of measuring the acceleration of an object, using a 3-axis accelerometer as a sensor, and applying a process to these data that allows obtaining the distance travelled. Once the displacement is obtained, knowing the initial position, the final position can be determined with relative ease. To make the system, a hardware design is developed in VHDL that is implemented on an FPGA. It is based on the hypothesis that the data obtained by the accelerometer will have sufficient quality to obtain good results once the processing has been carried out. Therefore, the first thing will be to test the hypothesis. To do this, a preliminary study is carried out, developing, firstly, a first hardware version of the first stage of the system that is responsible for data acquisition, and secondly, a first software version of the second stage of the system that is deals with data processing. After analysing the data of several measurements, at the output of the first stage and at the output of the second, it is concluded that the hypothesis is fulfilled, even if certain operating conditions are respected. Once the hypothesis has been validated, the final hardware versions of the first two stages are designed. Next, the third stage of the system is developed that allows the distance travelled to be displayed using a 7-segment display. After combining the three stages, a final version of the system is achieved that works as long as the restrictions are met. Finally, three applications for the system are developed and their operation is checked.