两轮自平衡小车的设计.pdf

2015年陇东学院第十六届 “挑战杯” 课外学术科技作品竞赛 双轮自平衡小车的设计与制作 学院：电气工程学院 班级：12级自动化本科班 姓名：周永 2015年12月8 日 1 双轮自平衡小车的设计与制作 摘要：双轮自平衡小车是一个集动态决策和规划、环境感知、行为控制和 执行等多种功能于一体的综合复杂系统，其关键是在解决自平衡的同时，还能 够适应在各种环境下的控制任务。通过运用外加速度传感器、角速度传感器 等，可以实现小车的平衡自主前进。双轮自平衡小车，涉及到传感器的驱动， 数据的处理，角度的计算，电机的控制等，内容比较丰富，可作为实践自动控 制原理及单片机技术的一个不错选择，是自我锻炼的绝好选题，对于以后制作 此方面的民用产品也有很大的启迪作用。 关键词： 双轮；自平衡；控制；传感器 1.引言 目前市场上的各种电子产品及家电机器人等行业越来越多地用到了智能控 制技术。可以说，当今社会是一个智能型社会。各方各面都在竭尽全力向着智 能方向发展，不论是人工智能还是联网智能，都在突出一个智能。智能已经覆 盖了我们生活的方方面面，我们正在被智能的概念所潜移默化。不论是智能手 机、玩具还是机器人，都已经成了我们生活的一部分。正是在这种情况下，智 能交通的发展也发生了翻天覆地的变化，从飞车到自动驾驶汽车，无不在向我 们说明，现代人已经对智能型交通工具期待已久了。作为必威体育精装版科技产品的一个 代表，最近市场上新出现的独轮车越来越受到了消费者的青睐。可以想象，最 近几年内此类产品将会在市场上争得一席之地。比起独轮车，两轮车具有同样 的购买热度，但是设计难度却没那么高，所以我将选择了从双轮车开始玩起智 能交通工具。 2 设计方案 方案一：用51单片机作为主控制器,用MPU6050模块采集姿态数据，用光 电编码器对5V直流电机进行编码，显示模块采用LCD12864液晶屏，电源采用 三端稳压方案，用红外遥控控制小车行走。本设计简单廉价，然而由于主控的 反应相对缓慢，很难满足设计要求。 方案二：采用STM32单片机作主控制器，仍然用MPU6050模块作姿态数据 采集，而电机采用二手的型号为16G 214E MR 19的具有高精度霍尔编码器的原 价2000+的瑞士进口12V直流电机，显示模块采用了更轻薄更清晰更小巧的 2 OLED屏，电源采用12V航模电池，遥控系统选用低功耗的蓝牙，方便实用。此 方案高效可靠，价格也不是特别高，很适合这样的实践项目。 综上分析，总体方案设计采用方案二。 3 系统硬件设计 3.1 系统总体框图 系统的总体设计方案主要由蓝牙遥控模块、STM32最小系统模块、MPU6050 姿态采集模块、OLED显示模块、蔽障模块、编码电机模块，电源模块七部分构 成，如图1所示。 STM32最小系统 MPU6050姿 编码电机模块 态采集模块 手机蓝牙遥控 OLED显示模块 电源模块 蔽障模块 图1 系统总体框图 3.2电源电路设计 在电源这一块，主要由可充电的12V航模锂电池来供电。通过可防止插反 的T型接头经大电流开关接入电源电路。首先，从大电流开关过来的电流设置 了一个电压检测电路，主要是以分压的形式完成的，其目的是实时检测电池电 压并显示在OLED屏上，当电压低于某个值时提示人去充电，而不至于过度放电 导致损坏电池。然后，经LM2596T-5V 降压后稳压在5V，这个转换出来的电压 主要用于传统传感器及电机驱动。最后，在5V的基础上又经AM