基于单片机之两轮智能车设计.docxVIP

基于单片机之两轮智能车设计

1绪论

研究背景及研究意义

交通在当前社会已经是人们生活中至关重要的问题了，并且交通中重要的公路也在不断升级，尤其是在高速公路的快速发展，随着社会的不断改善，汽车的行驶速度越来越快，流量也越来越大，车相撞交通意外的概率也越来越大。在这种情况下智能汽车问世是大势所趋，为了保护的车辆行驶的安全性，大大减少由于驾驶者疏忽引起的交通事故，智能交通系统（的研究工作已经在世界上许多研究机构的关注，同时，已经幵发出了原型的一些智能车辆和道路测试。智能汽车开发过程中的跨学科领域的知识，如机器人，人工智能，自动控制，电子通信和信号处理技术，获得了许多新的思路，新方法。最近，汽车电子产品的快速发展，必然要满足安全，节能，环保以及智能化和信息技术的需求。

国内外研究动态

早在上世纪50年代，美国巴雷特电气公司研制出世界上第一台自动导航智能车自动导引车可以沿着线在仓库中安排运输货物。同时，美国俄亥俄州立大学和加州大学和其他一些研究机构也不断发展和完善的全自动化车辆。卡内基梅隆大学机器人研究所开发一个完整的传感器信息融合，

图像理解和车身的横向控制功能系统的智能汽车。在上个世纪70年代，瑞典的沃尔沃汽车厂出生产的零件可以加载建立一个新的汽车组装线，相比与传统的输送机装配生产线，以提高效率和降低成本。在上个世纪八十年代，随着微电子技术，通信技术，计算机技术和其他相关技术的快速发展

，也可以迅速发展，给更广泛的应用。

.................

2两轮智能车系统总体结构及相关理论

智能车系统总体设计目标

自动控制器是一个单片机为核心，用传感器，电动机，伺服系统，电池和一个驱动电路，它是能够独立地识别的路径控制模型车的跑道的高速和稳定的操作。该系统主要控制对象包括后轮随动转向直流驱动电机和伺服前轮。整个控制过程中的路径的传感器将釆集到的道路信息发送给，路径的模式识别，和协调控制的模型车目标的速度和方向，从而达到快速和稳定。第一控制系统需要能够可靠地检测出引导线并且保证两轮直立智能车能够保持平衡。其次，要能够快速转换的速度，在路线上快速行进。

智能车系统组成及主要特点

由于能够自动识别道路行驶的智能汽车，汽车模型和控制器可以被

看作是一个自动控制系统。传感器信号采集，信息处理，运动执行机构以及控制算法是整个系统最为重要的四个部分。其中，单片机构成的最小系统是整个控制部分的核心，附带传感器，执行机构及其驱动控制系统的硬件电路，完成信息处理和控制算法的控制微控制器上运行的软件。因此，自动控制器的设计可分为两部分，软件控制硬件电路的设计。本系统采用数字控制器来控制，驱动电机，控制器技术成熟，结构简单，参数调整方便，不一定需要精确的数字模型系统，并拥有一个非常广泛的应用在工业

。数字控制器具有很强的灵活性，可以调整参数，在线实验和经验的基础上，这样就可以得到更好的控制性能。

3两轮智能车系统硬件模块设计 10

系统硬件框架结构总体设计 10

系统核心控制模块设计 13

4两轮智能车系统控制算法及软件设计 29

系统开发环境与系统软件总体结构..........................

.29

开发工具 29

5系统仿真 48

陀螺仪ENC-03检定 48

实验数据分析 48

5系统仿真

陀螺仪ENC-03检定

将陀螺仪外接滤波、放大、转换和单片机连接，做成一个陀螺仪模块，这个模块通过串口与计算机连接。为了验证陀螺仪模块的的精确度，我们将陀螺仪模块固定在数控分度盘上，特别注意陀螺仪的轴线方向，必须与分度盘的轴线方向一致。将分度盘从幵始转动，每次递加。，最后测到。，为了减小操作误差，提査实验精确度，每个数据测量五次。然后通过计算机读取每次的测量结果，精确到小数点后两位，把结果记录到纸上

。最后求出每五次测量结果的最大误差，绘制成表格。已知，陀螺仪允许的最大误差是。实验结果如下表示.

直立平衡控制仿真及结果分析

两轮自平衡智能车的平衡属于动态平衡。模型误差：仿真使用的模型忽略了一些因素，但这并不代表着这些因素不会发生作用，根据近似模型设计的控制器应用于现实智能车时必然不能得到完全理想的控制性能。随机干扰：现实世界的智能车，一定会遇到很多随机干扰。这些扰动不停地作用于智能车，让控制器不断调整控制量，造成振荡。传感器测量误差

：实验结果是对传感器数据的记录。而传感器测量时必然含有测量误差，所以测量值只能大体的反应智能车平衡状态，不可能完全精确。执行机构

不是完全对称：尤其是车轮轴转动过程中阻力不同，同样的控制电压，加到不同的电机上后，车轮的转速不同，也就说，控制器下达的任务，执行机构在执行过程中和预期目标有差别，这势必增加调节时间以及破坏稳定性。因此显示两轮自平衡智能车在平衡状态下存在波动，给予外力干扰后的调节时间略长一些。

....