单片机控制单轴双轮自动平衡小车设计开题报告.doc

毕业设计（论文） 开题报告 题 目：单片机控制单轴双轮自动平衡小车设计 系 别：电气工程系 专 业：电气工程及其自动化 班 级： 学 号 学生姓名： 指导教师： 2016年 3月 中原工学院信息商务学院 毕业论文（设计）开题报告 论文（设计）题目 单片机控制单轴双轮自动平衡小车 姓名 系别 电气工程系 专业班级 电气121 学号 6 1选题目的和意义： 平衡车是一个不稳定、强耦合、非线性系统，对平衡车的研究有利于我们更熟练得运用自动控制理论，并且发展更可靠稳定的控制方法。在实际应用中，平衡车由于体积小，灵活方便，不管是在军用或者民用领域都有广阔的应用空间，两轮自平衡小车可以作为一种小范围的移动式服务平台。通过本课题的研究学习，会使自己更加了解单片机，熟悉电子电路，提升自己的对整个设计的把握，更透彻的掌握自动控制方法。 2本选题在国内外的研究状况及发展趋势： 国外方面：JOE?是瑞士研制的用?DSP和FPGA?控制并基于倒立摆理论双轮车。通过倾斜传感器和倾角传感器来检测车体。通过电机上的编码盘检测电机的速度。采用了基于状态反馈的线性控制策略，车的运动被分解成直线和旋转运动，然后分析直线运动和旋转运动，得到电机需要的控制量，最终把控制量耦合叠加。他主要的设计思想依然是：使车子朝车体倾斜的方向运动来保持车身的平衡。主控芯片是?HC11?微处理器，此处理器是?David?P.Anderson?专门的针对?nBot?车设计的。传感器在得到车的车身信息后，再比例整合，当作模糊控制器的输入，按照之前设定的控制原则得到两个电机需要的?PWM?电压。该控制只能能让小车平衡运动，而不能让小车自主直立。 Segway?拥有更多的姿态传感器，它有5个陀螺仪传感器，然而事实是检测车身前倾斜只需要3个传感器就够了，其他的两个传感器只是增加安全性。传感器的信息会被传送到一个电路板，这个电路板是微处理器的集群，效率是个人电脑的三倍。这个集群是为了保证本载人平衡车在其中任何一个处理器出现问题时能报告错误，给驾驶者以处理问题的时间余量，保证了平衡车的安全性。 国内方面：哈工大尹亮制作的双轮移动车Sway，车身倾斜度采用?AD?推出的双轴加速度传感器?ADXL202?及反射式红外线距离传感器来获得。基于?PWM?动态控制直流电机的速度。车与上位机间的数据通信使用PTR2000?超小型超低功耗高速无线收发数传?MODEM。人机交互界面使用图形液晶点阵、方向摇杆、按键。依靠这些可靠并且完备的硬件，使用独特的软件算法，最终实现Sway?的数据交换和平衡直立控制。上海交通大学的孔祥宣于2007年研制了一辆自主式双轮动态平衡移动机器人,。它由机械系统、控制系统两个部分。机械部分包括：两轮、减速机构、底盘、高速转子、本体、框架等，负责实现机器人的机构功能、承载硬件电路、搭建工作平台；控制系统部分包括：电机、驱动器、传感器。机器人的控制器采用?DSP?与?CPLD?高度集成的?SoB（System?on?Board）系统，双轮动态平衡车的特点是有一个高速自转的转子。 发展趋势：平衡车正在朝着越来越智能化的方向的发展，已经提出了众多的解决平衡控制的方案。未来平衡车必将越来越小巧轻便，配备更完善的人机交互介面。另外，两轮自平衡车的应用前景将会十分的广泛，未来的目标是制造出外形结构简洁，并且具有稳定自平衡性能的平衡车，还能有方便的驾驶模式，必将方便大家的出行。 3主要研究内容： 小车的硬件设计：设计最终使用STM32F103C8T6，读取mpu6050的数据时通过IIC接口，获得小车的姿态，接下来的过程是主控芯片通过PID控制给电机输出PWM控制信号，电机驱动模块芯片TB6612接受到PWM信号之后再完成对电机的控制[]。另外，为了调试方便，除了设计了上述给模块外，还扩展了JLINK接口，使用的是SWD模式，用于仿真调试。因为需要记录数据和绘出数据波形，查看滤波和PID效果。所以扩展了串口电路。 控制系统的设计：整个控制过程分为以下几步，第一步，主控芯片STM32首先采集姿态传感器MPU6050的数据，经过卡尔曼滤波，就得到了车身的姿