大学毕业设计---基于arm的两轮自平衡车模型系统设计课程

中北大学

课程设计说明书

学生姓名: *杰学号：*

学院: 仪器与电子学院

专业: *

题目: 基于ARM的两轮自平衡车模型系统设计

指导教师：李锦明职称: 副教授

2015 年1 月30 日

摘要

近年来，两轮自平衡车的研究与应用获得了迅猛发展。本文提出了一种两轮自平衡小车的设计方案，采用陀螺仪L3G4200以及MEMS加速度传感器MMA7260构成小车姿态检测装置，使用卡尔曼滤波完成陀螺仪数据与加速度计数据的数据融合。系统选用飞思卡尔32位单片机Kinetis K60为控制核心，通过滤波算法实现车身控制，人机交互等。

整个系统制作完成后，各个模块能够正常并协调工作，小车可以在无人干预条件下实现自主平衡。同时在引入适量干扰情况下小车能够自主调整并迅速恢复稳定状态。

关键词：两轮自平衡陀螺仪姿态检测卡尔曼滤波数据融合

目录

1 课程设计目的 (1)

2 设计内容和要求 (1)

2.1 设计要求 (1)

2.2 研究意义 (1)

2.3 研究内容 (2)

3 设计方案及实现情况 (2)

3.1 两轮平衡车的平衡原理 (2)

3.2 系统方案设计 (3)

3.3 系统最终方案 (6)

3.4 系统软件设计 (9)

3.5 电路调试 (16)

4 课程设计总结 (18)

参考文献 (19)

附录 (20)

致谢 (21)

1 课程设计目的

（1）掌握嵌入式系统的一般设计方法和设计流程；

（2）学习嵌入式系统设计，掌握相关IDE开发环境的使用方法；

（3）掌握ARM的应用；

（4）学习掌握嵌入式系设计的全过程；

2 设计内容和要求

2.1 设计要求

（1）学习掌握基于ARM Cortex-M4内核的Kinetis K60系列单片机的工作原理及应用；（2）学习掌握加速度计、陀螺仪的工作原理及应用；

（3）设计基于PID控制的两轮自平衡车模型系统的工作原理图及PCB版图；

2.2 研究意义

近年来，随着电子技术的发展与进步，移动机器人的研究不断深入，成为目前科

学研究最活跃的领域之一，移动机器人的应用范围越来越广泛，面临的环境和任务也

越来越复杂，这就要求移动机器人必须能够适应一些复杂的环境和任务。比如，户外

移动机器人需要在凹凸不平的地面上行走，有时环境中能够允许机器人运行的地方比

较狭窄等。如何解决机器人在这些环境中运行的问题，逐渐成为研究者关心的问题[1]。

两轮自平衡机器人的概念正是在这样一个背景下提出来的，这种机器人区别于其

他移动机器人的最显著的特点是：采用了两轮共轴、各自独立驱动的工作方式(这种驱

动方式又被称为差分式驱动方式)，车身的重心位于车轮轴的上方，通过轮子的前后移

动来保持车身的平衡，并且还能够在直立平衡的情况下行驶。由于特殊的结构，其适

应地形变化能力强，运动灵活，可以胜任一些复杂环境里的工作。

两轮自平衡机器人自面世以来，一直受到世界各国机器人爱好者和研究者的关

注，这不仅是因为两轮自平衡机器人具有独特的外形和结构，更重要的是因为其自身

的本质不稳定性和非线性使它成为很好的验证控制理论和控制方法的平台，具有很高

的研究价值。

2.3 研究内容

本课题设计了一款两轮自平衡小车，研究了车身姿态检测中陀螺仪与加速度传感器的互补特性，并根据其特性比较并设计滤波算法，包括卡尔曼滤波等常用滤波算法。PID控制算法的实现以及直流电机调速的研究。具体包括：

(1) 机器人本体设计：包括机械，重心调整，电气系统设计等，为进一步研究提供良好的平台；

(2) 信号调理及控制部分电路设计：陀螺仪输出信号需要经过进一步滤波放大，因此需要设计信号调理电路，同时控制核心需要构建相关输入输出模块及人际交互设备，因此需要对主控单元电路进行设计。同时还需要设计直流电机驱动电路。

(3) 基于卡尔曼滤波的数据融合：由于陀螺仪测量的角速度只在短时间内稳定而加速度传感器的自身白噪声很严重，因此根据其互补特性设计卡尔曼滤波器以得到准确稳定的角度和角速度。

(4) PID控制算法：包括两路闭环控制。小车的倾角闭环控制以及直流电机的闭环速度控制。

3 设计方案及实现情况

3.1 两轮平衡车的平衡原理

控制小车平衡的直观经验来自人类日常生活经验。如人类身体拥有丰富的感知器官，通过大脑调节便可以控制腰部及腿部肌肉保持人体的直立。而一般人通过简单训练就可以让一根直木棍在手指尖保持直立不倒。这需要两个条件：一个是托着木棍的手指可以自由移动；另一个是人的眼睛可以观察木棍的倾斜角度与倾斜趋势(角速度)[4]。这两个条件缺一不可，实际上这就是控制系统中的负反馈机制，如图1所示。

图1保持木棍直立的反馈控制系统

自平衡车的控制也是通过负反馈来实现的，与在指尖保持木棍直立比较则相对简单。由于小车只依靠两个车轮着地，车轮与地面会发生相对滚动使得小车倾斜。而小车上装载

的姿态检测系统能够对小车的倾斜状况进行实时检测，通过控制器控制车轮转动，抵消在这个维度上的倾斜力矩便可以保持小车平衡，如图2所示。

图2通过车轮转动保持小车平衡

3.2 系统方案设计

3.2.1 主控芯片方案

方案一：采用ATMEL公司的AVR单片机AVR单片机硬件结构采取8位机与16位机的折中策略，即采用局部寄存器存堆(32个寄存器文件)和单体高速输入/输出的方案(即输入捕获寄存器、输出比较匹配寄存器及相应控制逻辑)。提高了指令执行速度(1Mips/MHz)，克服了瓶颈现象，增强了功能。其中的一款单片机型号为Atmega128，有64个引脚，最高可达到16M主频，IIC，UART，SPI接口都比较丰富，但价格高。

方案二：采用宏晶科技有限公司的STC12C5A60S2增强型51单片机作为主控芯片。此芯片内置ADC(模数转换)和IIC总线接口，且内部时钟不分频，可达到1MPS。性价比低。

考虑到此系统的复杂度，需要与传感器进行IIC通讯，输出灵活可控制的PWM信号，以及进行大量的数学运算。从性能和价格上综合考虑选择方案一，即用Kinetis K60作为本系统的主控芯片，由于外设比较简单，只需要IIC和PWM通道，因此具体型号定位为K60N512VM100。

方案三：采用freescale公司Kinetis K60系列单片机作为主控芯片。Kinetis K60系列单片机,工作电压1.71-3.6V,闪存的写电压为1.71-3.6V,采用ARM Cortex-M4内核,其性能可达1.25DhrystoneMIPS/MHz。该系列提供高达180MHz的性能和IEEE1588以太网MAC，

用于工业自动化环境中的精确的、实时的时间控制。硬件加密支持多个算法，以最小的CPU 负载提供快速、安全的数据传输和存储。系统安全模块包括安全密钥存储和硬件篡改检测，提供用于电压、频率、温度和外部传感（用于物理攻击检测）的传感器[2]。

3.2.2 姿态检测传感器方案

本系统采用的加速度计是三轴加速度计MMA7260。该加速度传感器是一种低g值的传感器，输出信号很大，不需要再进行放大。通过GSEL1和GSEL2脚选择灵敏度，本系统设置其灵敏度为800mv/g[4]。电路如图3所示。

图3 加速度计MMA7260接口电路图

本方案采用的陀螺仪传感器为L3G4200。L3G4200D 是意法半导体(ST)近日推出一款业界独创、采用一个感应结构检测3条正交轴向运动的3轴数字陀螺仪。该3轴数字陀螺仪让用户可以设定全部量程，量程范围从±250 dps～±2000 dps，低量程数值用于高精度慢速运动测量，而高量程则用于测量超快速的手势和运动[4]。这款器件提供一个16位数据输出，以及可配置的低通和高通滤波器等嵌入式数字功能。与加速度传感器的数字接口一致，也是通过用SDA和SCL与主控芯片的硬件IIC接口进行通讯，采用3.3V供电，其应用电路如图4所示。

图4 陀螺仪传感器电路

3.2.3 电机选择方案

方案一：直流无刷电机。直流无刷电机具有直流有刷电机机械特性好、调速范围宽等优点，而且无刷电机没有换向器和电刷，可靠性高，寿命长。但是无刷电机的驱动电路复杂，而且在本设计中小车为实验性质，车身较小，市面上很难找到大小合适的直流无刷电机。

方案二：步进电机。步进电机的选择角度正比于脉冲数，有较宽的调速范围，可以采用开环方式控制；步进电机有较大的输出转矩；有优秀的起制动性能；控制精度较高，误差不会累积。但是步进电机步距角固定，分辨率缺乏灵活性，而且步进驱动时容易造成车体震荡，不利于小车的稳定。步进电机虽然可以使用细分驱动方式克服上述缺点，但是细分驱动电路结构复杂，而且功耗增大不适合用于电池供电的应用上。

方案三：直流电机。直流有刷电机具有机械特性硬，响应速度快，调速范围宽的特点，满足两轮自平衡小车对灵敏性、快速性等要求，虽然电机的电刷会是电机的寿命缩短，还会引发电磁干扰。但是由于本设计负载较轻，换向器和电刷的损耗较低。小车采用多层机械结构，电机驱动电路与其他电路分离，有效降低电磁干扰[5]。

综上所述，本设计使用两个7.2V的直流有刷电机驱动两轮自平衡小车模型。

3.3 系统最终方案

使用K60为主控芯片，通过IIC 接口读取陀螺仪传感器L3G4200和加速度传感器MMA7260的数据，再将两者数据融合测出小车的姿态，最终通过PID 输出PWM 电机控制信号，由电机驱动完成对电机的控制。此系统方框图如图5所示。

图5 系统方框图 3.3.1 主控电路

本设计的两轮自平衡小车采用K60N512VM100单片机为主控芯片。Kinetis k60是基于ARM Cortex-M4具有超强可扩展性的低功耗、混合信号微控制器。主控及其外围电路如图6所示

图6 主控芯片

编码器电路 K60主控芯片 电机驱动 加速度传感器MMA7260

陀螺仪

L3G4200 状态显示

K60N512VM100 芯片电源类引脚，BGA封装22个，LQFP封装27个，其中BGA 封装的芯片有五个引脚未使用（A10、B10、C10、M5 和L5）。芯片使用多组电源引脚分别为内部电压调节器、I/O 引脚驱动、A/D 转换电路等电路供电，内部电压调节器为内核和振荡器等供电。为了电源稳定，MCU 内部包含多组电源电路，同时给出多处电源引出脚，便于外接滤波电容。为了电源平衡，MCU 提供了内部相连的地的多处引出脚，供电路设计使用[5]。

K60系列MCU具有IEEE1588以太网、全速和高速USB2.0 OTG、硬件解码能力和干预发现能力。芯片从带有256KBflash的100引脚的LQFP封装到1MBflash的256引脚的MAPBGA 封装，具有丰富的电路、通信、定时器和控制外围电路。高容量的K60系列带有一个可选择的单精度浮点处理单元、NAND控制单元和DRAM控制器。这是一款非常稳定且有潜力的ARM控制系列的微控制器[3]。

3.3.2 电机驱动电路

本设计中使用直流有刷电机作为两轮自平衡车的驱动电机，电机采用H桥驱动方式，使用脉宽调制方式调节电机两端电压有效值，达到调速的目的。电机驱动电路采用4片BTS7970搭载成两个H桥来驱动平衡车的两个电机，具有输出功率大，稳定性好，保护措施好等优点[8]。一个H桥电机驱动电路如图7所示。

图7 电机驱动电路

3.3.3 编码器电路

为了使用闭环控制，我们在模型上附加了编码器。和其他元件相比，选用编码器可以使电路更加完善，信号更加精确。编码器功耗低，重量轻，抗冲击抗震动，精度高，寿命长，非常

实用。K60自身具有正交解码功能，因此这里无需使用任何外围计数辅助器件，只需要将接口连接到单片机上相应的接口即可[3]，接口如图8所示。

图8 编码器的接口部分电路

3.3.4 供电电路

可靠的电源方案是整个硬件电路稳定可靠运行的基础。电源模块由若干相互独立的稳压电路模块组成。这样做可以减少各模块之间的相互干扰，另外为了进一步减小单片机的5V电源噪声，可以单独使用一个5V的稳压芯片，与其它接口电路分开[7]。整个系统需要3种电源：

(1) 7.2V电源，为驱动电机供电。

(2) 5V电源，为编码器及相关外设供电。

(3) 3.3V电源，为单片机、陀螺仪及加速度计供电。

整个系统电源来源为7.2V镍氢电池，5V电源由LM2940提供。LM2940是一种线性低压差三端稳压器件，其输出纹波较小，适合单片机供电。3.3V电源采用LM1117。电机供电直接采用电池供电如下图所示。

图9 5V电源模块

图103.3V电源模块

3.4 系统软件设计

3.4.1 编译环境概述

嵌入式软件开发有别于桌面软件开发的一个显著的特点，是它一般需要一个交叉编译和调试环境，即编辑和编译软件在通常的PC机上进行，而编译好的软件需要通过写入工具下载到目标机上执行，如MK60N512VMD100的目标机上。在开发过程中我们使用

IAR Systems公司的IAR Embedded Workbench for ARM 6.30集成开发环境（简称IAR环境）J-Link-ARM-V8仿真器。 Embedded Workbench for ARM 6.30 是IAR Systems 公司为

ARM 微处理器开发的一个集成开发环境。比较其他的ARM 开发环境，IAR 具有入门容易、使用方便和代码紧凑等特点[2]。

IAR中包含一个全软件的模拟程序(simulator)。用户不需要任何硬件支持就可以模拟各种ARM 内核、外部设备甚至中断的软件运行环境。从中可以了解和评估IAR的功能和使用方法。

调试界面如图所示：

图11 IAR 界面示意图

3.4.2 系统软件总体流程

系统软件总体流程如图12所示。

开始

系统初始化

取出传感器数据

传感器互补滤波器

PID 调节器

控制输出PWM 电机控制信号

定时1ms ？

是

定时16ms ？

发送串口数据

是

否否

图12 系统软件总流程图

系统上电复位后便开始初始化各个功能模块，并启动了1ms定时，每1ms进行一次姿态估算和PID控制，即1s内系统进行了1000次姿态调整。同时为了前期调试已经查看数据，使用了主控的串口将程序中产生的数据如估算出的最终角度等，上传到电脑，以观察数据的特性，上传周期为16ms。

3.4.3 系统初始化

系统初始化完成Kinetis K60单片机的初始化设置，初始化程序流程图如图13所示。

开始

上电复位

中断系统初始化

时钟系统初始化

I/O引脚配置

IIC接口配置

串口配置

间隔定时器配置

返回

图13 系统初始化流程图

3.4.4 PID控制器

当今的自动控制技术都是基于反馈的概念。反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量系统需要控制的变量，与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应。在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID 控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一[6]。

PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。其输入e (t）与输出u (t）的关系为：

()()()()011t D d e t u t K p e t e t d t T T d t ??=++????

? (式1) 其中Kp 为比例系数；1T 为积分时间常数；D T 为微分时间常数。

PID 控制器具有原理简单、使用方便、适应性强、鲁棒性强、对模型依赖少等特点，因此使用PID 控制器实现两轮自平衡车的控制是完全可行的。

由小车静止时其运动方程可得到系统输入输出传递函数：

()()()21s H s g X s s l

Θ==- (式2) 此时系统具有两个极点：p g s l

=±。其中一个极点位于s 平面的右半平面。根据奈奎斯特稳定判据可知系统不稳定，因此小车在静止状态不能保持平衡[9]。

由小车受力分析可知小车平衡的条件是提供额外的回复力及阻尼，其来源为车轮与地面的摩擦力。由式2可知，车轮提供的加速度的大小是根据角度θ及角速度θ'的反馈得出，

因此需要在控制系统中引入角度θ及角速度θ'构成比例(P)微分(D)反馈环节，如图14所示。

图14 加入比例微分环节后的控制系统结构图

加入比例微分反馈后的系统传递函数为：

()()()2211s H s k k g

X s s s l l

Θ==-++ (式3) 此时，系统的两个极点为()222142p k k l k g s l -±--=。根据奈奎斯特稳定判据可知，

系统稳定需要两个极点都位于s 平面的左半平面。要满足这一点，需要1k >g, 2k >0。由此

河南科技大学毕业设计论文模板

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言 章一级标题一 (2) 第1章二级标题一 (2) 第1章二级标题二 (3) §1.2.1 第1章三级标题一 (3) §1.2.2 第1章三级标题二 (3) 章一级标题二 (5) 第2章二级标题一 (5) §2.1.1 第2章三级标题一 (5) §2.1.2 第2章三级标题二 (5) §2.1.3 第2章三级标题三 (6) 第2章二级标题二 (6) 章一级标题三 (7) 第3章二级标题一 (7) §3.1.1 第3章三级标题一 (7) §3.1.2 第3章三级标题二 (7) 第3章二级标题二 (7) 第4章一级标题四 (8) §4.1 第4章二级标题一 (8) §4.1.1 第4章三级标题一 (8) §4.1.2 第4章三级标题二 (8) §4.2 第4章二级标题二 (8) 第5章一级标题五 (9) §5.1 第5章二级标题一 (9) §5.2 第5章二级标题二 (9) §5.3 第5章二级标题三 (9) §5.3.1 第5章三级标题一 (9)

基于单片机的两轮自平衡车控制系统设计

基于单片机的两轮自平衡车控制系统设计 摘要 两轮自平衡车是一种高度不稳定的两轮机器人，就像传统的倒立摆一样，本质不稳定是两轮小车的特性，必须施加有效的控制手段才能使其稳定。本文提出了一种两轮自平衡小车的设计方案，采用重力加速度陀螺仪传感器MPU-6050检测小车姿态，使用互补滤波完成陀螺仪数据与加速度计数据的数据融合。系统选用STC 公司的8位单片机STC12C5A60S2为主控制器，根据从传感器中获取的数据，经过PID算法处理后，输出控制信号至电机驱动芯片TB6612FNG，以控制小车的两个电机，来使小车保持平衡状态。 整个系统制作完成后，小车可以在无人干预的条件下实现自主平衡，并且在引入适量干扰的情况下小车能够自主调整并迅速恢复至稳定状态。通过蓝牙，还可以控制小车前进，后退，左右转。 关键词：两轮自平衡小车加速度计陀螺仪数据融合滤波 PID算法 Design of Control System of Two-Wheel Self-Balance Vehicle based on Microcontroller Abstract Two-wheel self-balance vehicle is a kind of highly unstable two-wheel robot. The characteristic of two-wheel vehicle is the nature of the instability as traditional inverted pendulum, and effective control must be exerted if we need to make it stable. This paper presents a design scheme of two-wheel self-balance vehicle. We need using gravity accelerometer

两轮平衡车说明书

双轮自平衡车 学校：德州学院 学生：唐文涛焦方磊李尧 指导老师：孟俊焕 时间：二О一四年7 月10日～10 月 6 日共12 周

中文摘要 两轮自平衡车是动态平衡机器人的一种。2008年我国奥运会的时候安全保卫工作使用过它,到今年两轮平衡车已经发展的相对成熟。在国家节能、降耗、环保、低碳、经济的方针政策下，两轮平衡车进行了资源整合、技术升级，在原来的两轮单轴式自平衡的基础上采取两轴双轮可折叠设计，两轮自平衡车具有运动灵活、智能控制、操作简单、驾驶姿势多样、节省能源、绿色环保、转弯半径为0等优点。适用于在狭小空间内运行，能够在大型购物中心、国际性会议或展览场所、体育场馆、办公大楼、大型公园及广场、生态旅游风景区、大学校园、城市中的生活住宅小区等各种室内或室外场合中作为人们的中、短距离代步工具。也是集娱乐、代步、炫酷为一体的，主打形象是汽车伴侣解决停车后几公里内的代步问题。 两轮自平衡车主要由驱动电机、锂电池组、车轮、车身等组成。其工作原理：车体内置的精密固态陀螺仪来判断车身所处的姿势状态，透过精密且高速的中央微处理器计算出适当的指令后，驱动马达来做到平衡的效果。 关键词：陀螺仪，动态稳定，折叠，驱动系统，平衡。 English abstract Two rounds of self-balancing vehicle is one of the dynamic balance of the robot. In 2008 the Olympic Games security work used it in our country, in the year to balance two rounds of car has developed relatively mature. In the national energy saving, consumption reduction, environmental protection, low carbon, economic policies and regulations, the two rounds of balance of resource integration, technology upgrades, in the original two rounds of single shaft type taken on the basis of self balancing two shaft double folding design, two rounds of self-balancing vehicle movement, flexible, intelligent control, simple operation and driving posture diversity, save energy, green environmental protection, the advantages of turning radius of 0. Apply to run in narrow space, can in a large shopping center, the international conference and exhibition venues, sports venues, office buildings, large parks and square, ecological tourism scenic spot, the university campus, city life in residential quarters and other indoor or outdoor situations as the medium and short distance transport of people. Is entertainment, walking, cool as a whole, the main image is car partner solve the problem of parking within a few kilometers after walking. Two rounds of self-balancing vehicle is mainly composed of drive motor, lithium battery pack, wheel, body, etc. Its working principle: the body's built-in precision solid-state gyroscope to judge the body's position, through sophisticated and high-speed central microprocessor

河南科技大学毕业设计(论文)开题报告

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双轮自平衡小车机器人系统设计与制作

燕山大学 课程设计说明书题目：双轮自平衡小车机器人系统设计与制作 学院（系）：机械工程学院 年级专业：12级机械电子工程 组号：3 学生： 指导教师：史艳国建涛艳文史小华庆玲 唐艳华富娟晓飞正操胡浩波 日期： 2015.11

燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：机械工程学院基层教学单位：机械电子工程系

摘要 两轮自平衡小车是一种非线性、多变量、强耦合、参数不确定的复杂系统，他体积小、结构简单、运动灵活，适合在狭小空间工作，是检验各种控制方法的一个理想装置，受到广大研究人员的重视，成为具有挑战性的课题之一。 两轮自平衡小车系统是一种两轮左右并行布置的系统。像传统的倒立一样，其工作原理是依靠倾角传感器所检测的位姿和状态变化率结合控制算法来维持自身平衡。本设计通过对倒立摆进行动力学建模，类比得到小车平衡的条件。从加速度计和陀螺仪传感器得出的角度。运用卡尔曼滤波优化，补偿陀螺仪的漂移误差和加速度计的动态误差，得到更优的倾角近似值。通过光电编码器分别得到车子的线速度和转向角速度，对速度进行PI控制。根据PID控制调节参数，实现两轮直立行走。通过调节左右两轮的差速实现小车的转向。 制作完成后，小车实现了在无线蓝牙通讯下前进、后退、和左右转向的基本动作。此外小车能在正常条件下达到自主平衡状态。并且在适量干扰下，小车能够自主调整并迅速恢复稳定状态。 关键词：自平衡陀螺仪控制调试

前言 移动机器人是机器人学的一个重要分支，对于移动机器人的研究，包括轮式、腿式、履带式以及水下式机器人等，可以追溯到20世纪60年代。移动机器人得到快速发展有两方面原因：一是其应用围越来越广泛；二是相关领域如计算、传感、控制及执行等技术的快速发展。移动机器人尚有不少技术问题有待解决，因此近几年对移动机器人的研究相当活跃。 近年来，随着移动机器人研究不断深入、应用领域更加广泛，所面临的环境和任务也越来越复杂。机器人经常会遇到一些比较狭窄，而且有很多大转角的工作场合，如何在这样比较复杂的环境中灵活快捷的执行任务，成为人们颇为关心的一个问题。双轮自平衡机器人概念就是在这样的背景下提出来的。两轮自平衡小车是一个高度不稳定两轮机器人，是一种多变量、非线性、强耦合的系统，是检验各种控制方法的典型装置。同时由于它具有体积小、运动灵活、零转弯半径等特点，将会在军用和民用领域有着广泛的应用前景。因为它既有理论研究意义又有实用价值，所以两轮自平衡小车的研究在最近十年引起了大量机器人技术实验室的广泛关注。 本论文主要叙述了基于stm32控制的两轮自平衡小车的设计与实现的整个过程。主要容为两轮自平衡小车的平衡原理，直立控制，速度控制，转向控制及系统定位算法的设计。通过此设计使小车具备一定的自平衡能力、负载承载能力、速度调节能力和无线通讯功能。小车能够自动检测自身机械系统的倾角并完成姿态的调整，并在加载一定重量的重物时能够快速做出调整并保证自身系统的自我平衡。能够以不同运动速度实现双轮车系统的前进、后退、左转与右转等动作，同时也能够实现双轮自平衡车系统的无线远程控制操作

河南科技大学毕业设计说明书(论文)的格式规范

毕业设计说明书（论文）的格式规范 毕业设计说明书（论文）的格式、图纸绘制、实验数据、各种标准的运用和引用都要符合各学科、各专业国家标准的规定。毕业设计说明书（论文）应采用汉语（外语专业用外语）撰写，一律使用计算机编辑，用A4规格纸输出，页面设置上、下页边距 2.54厘米，左、右页边距 2.5厘米，装订线1厘米，文档网络设为小四号宋体，指定行网络和字符网络，每行33个字符，每页31行，栏数为1，页码置于页面的底部并居中放置，页码从前言开始到论文最后。页眉统一为宋体小五，右对齐，内容为“河南科技大学毕业设计论文”或“河南科技大学毕业设计说明书”，下有一横线，从中文摘要开始到论文最后。用统一封面装订成册。 一、毕业设计说明书（论文）各部分的具体要求 1. 封面 2. 任务书论文内容全部打印，栏内字体、字号统一，全部采用单倍行距。上部的填表日期统一为年月日，设计说明书中文字数更改为12000字，中文摘要400-500字。 3. 中英文摘要 (1) 毕业设计（论文）中文题目为三号黑体字，可以分成1或2行居中打印。 (2) 中文题目下空一行居中打印“摘要”二字(三号黑体)，字间空一格。 (3) “摘要”二字下空一行打印摘要内容(小四号宋体)。每段开头空二格。 (4) 中文摘要内容下空一行打印“关键词”三字(小四号黑体)，其后为关键词(小四号宋体)。关键词数量为4-6个，每一关键词之间用逗号分开，最后一个关键词后不打标点符号。 (5) 英文摘要题目采用三号大写字母（黑体），可分成1-3行居中打印。每行左右两边至少留2个字符空格。 (6) 英文题目下空二行居中打印“ABSTRACT”（大写三号黑体），再下空二行打印英文摘要内容。

大学毕业设计---基于arm的两轮自平衡车模型系统设计课程

中北大学 课程设计说明书 学生姓名: *杰学号：* 学院: 仪器与电子学院 专业: * 题目: 基于ARM的两轮自平衡车模型系统设计 指导教师：李锦明职称: 副教授 2015 年1 月30 日

摘要 近年来，两轮自平衡车的研究与应用获得了迅猛发展。本文提出了一种两轮自平衡小车的设计方案，采用陀螺仪L3G4200以及MEMS加速度传感器MMA7260构成小车姿态检测装置，使用卡尔曼滤波完成陀螺仪数据与加速度计数据的数据融合。系统选用飞思卡尔32位单片机Kinetis K60为控制核心，通过滤波算法实现车身控制，人机交互等。 整个系统制作完成后，各个模块能够正常并协调工作，小车可以在无人干预条件下实现自主平衡。同时在引入适量干扰情况下小车能够自主调整并迅速恢复稳定状态。 关键词：两轮自平衡陀螺仪姿态检测卡尔曼滤波数据融合

目录 1 课程设计目的 (1) 2 设计内容和要求 (1) 2.1 设计要求 (1) 2.2 研究意义 (1) 2.3 研究内容 (2) 3 设计方案及实现情况 (2) 3.1 两轮平衡车的平衡原理 (2) 3.2 系统方案设计 (3) 3.3 系统最终方案 (6) 3.4 系统软件设计 (9) 3.5 电路调试 (16) 4 课程设计总结 (18) 参考文献 (19) 附录 (20) 致谢 (21)

1 课程设计目的 （1）掌握嵌入式系统的一般设计方法和设计流程； （2）学习嵌入式系统设计，掌握相关IDE开发环境的使用方法； （3）掌握ARM的应用； （4）学习掌握嵌入式系设计的全过程； 2 设计内容和要求 2.1 设计要求 （1）学习掌握基于ARM Cortex-M4内核的Kinetis K60系列单片机的工作原理及应用；（2）学习掌握加速度计、陀螺仪的工作原理及应用； （3）设计基于PID控制的两轮自平衡车模型系统的工作原理图及PCB版图； 2.2 研究意义 近年来，随着电子技术的发展与进步，移动机器人的研究不断深入，成为目前科 学研究最活跃的领域之一，移动机器人的应用范围越来越广泛，面临的环境和任务也 越来越复杂，这就要求移动机器人必须能够适应一些复杂的环境和任务。比如，户外 移动机器人需要在凹凸不平的地面上行走，有时环境中能够允许机器人运行的地方比 较狭窄等。如何解决机器人在这些环境中运行的问题，逐渐成为研究者关心的问题[1]。 两轮自平衡机器人的概念正是在这样一个背景下提出来的，这种机器人区别于其 他移动机器人的最显著的特点是：采用了两轮共轴、各自独立驱动的工作方式(这种驱 动方式又被称为差分式驱动方式)，车身的重心位于车轮轴的上方，通过轮子的前后移 动来保持车身的平衡，并且还能够在直立平衡的情况下行驶。由于特殊的结构，其适 应地形变化能力强，运动灵活，可以胜任一些复杂环境里的工作。 两轮自平衡机器人自面世以来，一直受到世界各国机器人爱好者和研究者的关 注，这不仅是因为两轮自平衡机器人具有独特的外形和结构，更重要的是因为其自身 的本质不稳定性和非线性使它成为很好的验证控制理论和控制方法的平台，具有很高 的研究价值。

双轮自平衡车设计报告

双轮自平衡车设计报告 学院………….......... 班级…………………… 姓名………………..手机号…………………..姓名………………..手机号…………………..姓名………………..手机号…………………..

目录 一、双轮自平衡车原理 二、总体方案 三、电路和程序设计 四、算法分析及参数确定过程

一.双轮自平衡车原理 1.控制小车平衡的直观经验来自于人们日常生活经验。一般的人通过简单练习就可以让一个直木棒在手 指尖上保持直立。这需要两个条件：一个是托着木棒的手掌可以移动；另一个是眼睛可以观察到木棒的倾斜角度和倾斜趋势（角速度）。通过手掌移动抵消木棒的倾斜角度和趋势，从而保持木棒的直立。这两个条 件缺一不可，让木棒保持平衡的过程实际上就是控制中的负反馈控制。 图1 木棒控制原理图 2.小车的平衡和上面保持木棒平衡相比，要简单一些。因为小车是在一维上面保持平衡的，理想状态下，小车只需沿着轮胎方向前后移动保持平衡即可。 图2 平衡小车的三种状态 3.根据图2所示的平衡小车的三种状态，我们把小车偏离平衡位置的角度作为偏差；我们的目标是通过 负反馈控制，让这个偏差接近于零。用比较通俗的话描述就是：小车往前倾时车轮要往前运动，小车往后倾时车轮要往后运动，让小车保持平衡。 4.下面我们分析一下单摆模型，如图4所示。在重力作用下，单摆受到和角度成正比，运动方向相反的回复力。而且在空气中运动的单摆，由于受到空气的阻尼力，单摆最终会停止在垂直平衡位置。空气的阻尼力与单摆运动速度成正比，方向相反。 图4 单摆及其运动曲线

类比到我们的平衡小车，为了让小车能静止在平衡位置附近，我们不仅需要在电机上施加和倾角成正比的回复力，还需要增加和角速度成正比的阻尼力，阻尼力与运动方向相反。 5 平衡小车直立控制原理图 5.根据上面的分析，我们还可以总结得到一些调试的技巧：比例控制是引入了回复力；微分控制是引入了阻尼力，微分系数与转动惯量有关。 在小车质量一定的情况下，重心位置增高，因为需要的回复力减小，所以比例控制系数下降；转动惯量变大，所以微分控制系数增大。在小车重心位置一定的情况下，质量增大，因为需要的回复力增大，比例控制系数增大；转动惯量变大，所以微分控制系数增大。 二.总体方案 ■小车总框图

平衡车介绍

平衡车介绍 概述 编辑 随着人们环保意识的加强，电动车的数量与日俱增。与此同时，科学家经过潜心的研究，终于开发出新款两轮电动平衡车。两轮电动平衡车是一种新型的交通工具，它与电动自行车和摩托车车轮前后排列方式不同，而是采用两轮并排固定的方式。两轮电动平衡车采用两个轮子支撑，蓄电池供电，无刷电机驱动，加上单片机控制，姿态传感器采集角速度和角度信号，共同协调控制车体的平衡，仅仅依靠人体重心的改变便可以实现车辆的启动、加速、减速、停止等动作。[1] 技术原理 编辑 运作原理主要是建立在一种被称为“动态稳定”（DynamicStabilization）的基本原理上，也就是车辆本身的自动平衡能力。以内置的精密固态陀螺仪（Solid-StateGyroscopes）来判断车身所处的姿势状态，透过精密且高速的中央微处理器计算出适当的指令后，驱动马达来做到平衡的效果。 技术特点 编辑 1、左右两轮电动车，独特的平衡设计方案。 2、集“嵌入式+工业设计+艺术设计”的产品集成创新技术，以嵌入式技术提升产品的内在智能化，以适应当代产品数字化、智能化的趋势，实现由内而外的创新。 3、产品信息建模，建立一套既包含产品形状特征，也包含用户认知意象的心理特征体系，并在此基础上进一步开发以用户对产品的最终要求驱动的产品生成系统。 功能配置 编辑 代步出行 代步是电动平衡车以及同类型产品具有的物理特性，时速最高可达20km，单次充电可完成20-70km的续航里

程。 移动视频 电动平衡车可以与手机、DV、相机等设备结合，利用其自动行走功能，成为移动拍摄平台。 APP应用 电动平衡车可以与手机互联，通过手机APP，可以实时了解体感车的行驶、售后信息，同时，APP还可以实现交友、分享等功能，同时还具有蓝牙配置功能，通过手机蓝牙来控制车子。 蓝牙音箱 配备蓝牙音箱，通过手机蓝牙播放音乐，成为移动音乐平台。产品特色 电力驱动，噪音小：电动平衡车采用锂电池组作为动力来源，实现了碳的零排放，并采用了动力转换技术，能够在下坡行驶的过程中自动为锂电池组进行充电，使电能与动能可以循环利用，同时由于改良了电机性能，所以电动平衡车的噪音非常小。 体积小，重量轻：两双拖鞋大小的垂直投影面积，占地空间小，并且把手可以快速拆卸。电动平衡车整车重量在15kg左右，同时车体配有提拉杆，便于搬运携带。 站立式驾驶：电动平衡车采用站立式驾驶方式，通过身体重心和操控杆控制车体运行。同时可以使用配件中 的短把手，用小腿控制车体运动，解放双手。

机电工程学院本科毕业设计(论文)模板

河南科技大学毕业设计（论文） 说明：根据学校和学院格式的综合，给出以下模版说明： 1．页面设置与学校相同（每页按31行，每行33个汉字。论文纸张为A4（21×29.7cm）标准格式，单面复印。页面设置：左边距： 2.5cm，右边距：2.5cm，上边距：2.54cm，下边距：2.54cm，装订线：1cm，页眉边距：2.3cm，页脚边距：1.8cm。中文摘要、英文摘要、目录、符号表、正文采用小4号字，行间距为单倍行距。页眉用5号字，居中排列。参考文献采用小4号宋体。除特殊说明外，汉字一律用宋体，英文及阿拉伯数字一律用Times New Roman字体）。 2 “章”标题上空一行，下空两行（小四号字的行）； 3“节”标题上空一行，下空一行（小四号字的行）； 4“小节”标题上空半行，下不空行； 5“目录、前言、符号说明、参考文献、致谢、附录”标题上空一行，下空一行（小四号字的行）； 6目录中的章、节、小节依次退后半格（以此模版为准）。 7 页眉以此模版为准（隶书5号）。

摘 要 此处键入摘要内容 关 键 词：

BASED ON MCU ABSTRACT KEY WORDS

符号说明在此处开始符号说明

目录 前言 (1) 第1章[单击此处添加第一级标题] (9) §1.1 [单击此处添加第二级标题] (9) §1.1.1 [单击此处添加第三级标题] (9) 第2章[单击此处添加第一级标题] (10) §2.1 [单击此处添加第二级标题] (10) §2.1.1 [单击此处添加第三级标题] (10) §2.2 [单击此处添加第二级标题] (10) 第3章[单击此处添加第一级标题] (11) §3.1 [单击此处添加第二级标题] (11) §3.1.1 [单击此处添加第三级标题] (11) 结论 (12) 参考文献 (13) 致谢 (15) 附录 (16) 注：目录自动生成后，会出现字符不统一现象，可用手工调节解决该问题。

基于ARM的两轮自平衡车模型系统设计课程设计

课程设计说明书 学生姓名:学号： 学院: 专业: 题目: 基于ARM的两轮自平衡车模型系统设计

摘要 近年来，两轮自平衡车的研究与应用获得了迅猛发展。本文提出了一种两轮自平衡小车的设计方案，采用陀螺仪L3G4200以及MEMS加速度传感器MMA7260构成小车姿态检测装置，使用卡尔曼滤波完成陀螺仪数据与加速度计数据的数据融合。系统选用飞思卡尔32位单片机Kinetis K60为控制核心，通过滤波算法实现车身控制，人机交互等。 整个系统制作完成后，各个模块能够正常并协调工作，小车可以在无人干预条件下实现自主平衡。同时在引入适量干扰情况下小车能够自主调整并迅速恢复稳定状态。 关键词：两轮自平衡陀螺仪姿态检测卡尔曼滤波数据融合

目录 1 课程设计目的 (1) 2 设计内容和要求 (1) 2.1 设计要求 (1) 2.2 研究意义 (1) 2.3 研究内容 (2) 3 设计方案及实现情况 (2) 3.1 两轮平衡车的平衡原理 (2) 3.2 系统方案设计 (3) 3.3 系统最终方案 (6) 3.4 系统软件设计 (9) 3.5 电路调试 (16) 4 课程设计总结 (18) 参考文献 (19) 附录 (20) 致谢 (21)

1 课程设计目的 （1）掌握嵌入式系统的一般设计方法和设计流程； （2）学习嵌入式系统设计，掌握相关IDE开发环境的使用方法； （3）掌握ARM的应用； （4）学习掌握嵌入式系设计的全过程； 2 设计内容和要求 2.1 设计要求 （1）学习掌握基于ARM Cortex-M4内核的Kinetis K60系列单片机的工作原理及应用；（2）学习掌握加速度计、陀螺仪的工作原理及应用； （3）设计基于PID控制的两轮自平衡车模型系统的工作原理图及PCB版图； 2.2 研究意义 近年来，随着电子技术的发展与进步，移动机器人的研究不断深入，成为目前科 学研究最活跃的领域之一，移动机器人的应用范围越来越广泛，面临的环境和任务也 越来越复杂，这就要求移动机器人必须能够适应一些复杂的环境和任务。比如，户外 移动机器人需要在凹凸不平的地面上行走，有时环境中能够允许机器人运行的地方比 较狭窄等。如何解决机器人在这些环境中运行的问题，逐渐成为研究者关心的问题[1]。 两轮自平衡机器人的概念正是在这样一个背景下提出来的，这种机器人区别于其 他移动机器人的最显著的特点是：采用了两轮共轴、各自独立驱动的工作方式(这种驱 动方式又被称为差分式驱动方式)，车身的重心位于车轮轴的上方，通过轮子的前后移 动来保持车身的平衡，并且还能够在直立平衡的情况下行驶。由于特殊的结构，其适 应地形变化能力强，运动灵活，可以胜任一些复杂环境里的工作。 两轮自平衡机器人自面世以来，一直受到世界各国机器人爱好者和研究者的关 注，这不仅是因为两轮自平衡机器人具有独特的外形和结构，更重要的是因为其自身 的本质不稳定性和非线性使它成为很好的验证控制理论和控制方法的平台，具有很高 的研究价值。

河南科技大学毕业设计论文

河南科技大学毕业设计 论文 内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）

要经设置完毕( 小四号宋体，每段开头空二格)。】 扼要概括论文主要设 计了什么内容，如何设计的，设计效果如何。语言精练、明确，语句流畅；英文摘要须与中文摘要内容相对应；中文摘要约400-500个汉字，英文摘要约300-450个实词；关键词要反映毕业设计说明书（论文）的主要内容，数量一般为4-6个。 设计类论文的摘要：应有类似的文字：（1）本设计的依据和意义的简要描述（2）采用什么方法（面向对象的方法或软件工程的方法）进行需求分析、总体设计，详细设计、实现了哪些重要的功能。（3）（如果有这部分内容的话）设计过程中对什么问题进行了研究，提出了什么新的思路或者方法（4）系统设计或者研究达到了什么目标。 研究类论文的摘要： （1）本课题的依据和意义的简要描述（2）对哪些算法或者方法进行了哪些研究（3）提出了什么新的思路或者方法，或者对什么方法提出了改进思想（4）经过什么测试验证，证明了4）研究达到了什么目标。 1，关键词2，关键词3，关键词4，关键词5，关键 2，3…编号，前言为第1页

：，关键词5，6

第4章一级标题四8 §4.1第4章二级标题一8 §4.1.1第4章三级标题一8 §4.1.2第4章三级标题二8§4.2第4章二级标题二8 第5章一级标题五9 §5.1第5章二级标题一9 §5.2第5章二级标题二9 §5.3第5章二级标题三9 §5.3.1第5章三级标题一9 §5.3.2第5章三级标题二9

§5.3.3第5章三级标题三9 §5.3.4第5章三级标题四9结论10 参考文献11 致谢14 附录15

基于单片机的两轮自平衡车控制系统设计

基于单片机的两轮自平衡车控制系统设计 文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]

基于单片机的两轮自平衡车控制系统设计 摘要 两轮自平衡车是一种高度不稳定的两轮机器人，就像传统的倒立摆一样，本质不稳定是两轮小车的特性，必须施加有效的控制手段才能使其稳定。本文提出了一种两轮自平衡小车的设计方案，采用重力加速度陀螺仪传感器MPU-6050检测小车姿态，使用互补滤波完成陀螺仪数据与加速度计数据的数据融合。系统选用STC公司的8位单片机STC12C5A60S2为主控制器，根据从传感器中获取的数据，经过PID算法处理后，输出控制信号至电机驱动芯片TB6612FNG，以控制小车的两个电机，来使小车保持平衡状态。 整个系统制作完成后，小车可以在无人干预的条件下实现自主平衡，并且在引入适量干扰的情况下小车能够自主调整并迅速恢复至稳定状态。通过蓝牙，还可以控制小车前进，后退，左右转。 关键词：两轮自平衡小车加速度计陀螺仪数据融合滤波 PID算法Design of Control System of Two-Wheel Self-Balance Vehicle based on Microcontroller Abstract Two-wheel self-balance vehicle is a kind of highly unstable two-wheel robot. The characteristic of two-wheel vehicle is the nature of the instability as traditional inverted pendulum, and effective control must be exerted if we need to make it stable. This paper presents a design scheme of two-wheel self-balance vehicle. We need using gravity

两轮自平衡车系统的设计

两轮自平衡车系统的设计 【摘要】两轮自平衡小车是一个集传感器系统、控制系统和推进系统于一体的机器人，通过多种传感器进行加速度、角度等数据采集、读取、处理后，将数据发送给控制器，由控制器控制电机的输出速度和转矩，让车体保持平衡，并能够按照操作者的意图前进、后退或转弯。 【关键词】自平衡车；传感器；控制器 0.引言 两轮自平衡小车是一个高度不稳定两轮机器人，是一种多变量、非线性、强耦合的系统，是检验各种控制方法的典型装置。同时由于它体积小、运动灵活、零转弯半径等特点，将会在军用和民用领域有着广泛的应用前景。 1.系统功能设计 维持车体直立行驶可以设计出很多的方案，本方案假设维持车体直立，运行的动力都来自于车体的两个轮子，图（1）所示为自平衡小车系统框图。两个车轮由大功率直流电机驱动。因此从控制角度来看，车体作为一个控制对象，它的控制输入量是两个电极的转动速度。车体运动控制任务可以分解成以下三个基本控制任务： （1）控制车体平衡：通过控制两个电机正反向运动保持车体直立平衡状态。 （2）控制车体速度：通过调节车体的倾角来实现车体速度控制，实际上最后还是演变成通过控制电机的转速来实现车轮速度的控制。 （3）控制车体方向：通过控制两个电机之间的转动差速来实现车模转向控制。 三个分解任务各自独立进行控制。由于最终都是对同一个控制对象进行控制，所以他们之间存在耦合。最终三个控制参量累加到一起作用到电机上。 2.系统机械设计 平衡车的整体结构主要包括车身、左右车轮、左右悬架和操纵杆。悬架和车轮之间6颗螺丝相连且可以相互转动；操纵杆则是靠2只较大的螺丝和车架固定。 3.系统硬件电路设计 3.1陀螺仪与加速计的数据采集与处理

河南科技大学毕业设计论文模板

(小 四号宋体，每段开头空二格 )。】 扼要概括论文主要设计了什么内容，如何设计的，设计效果如何。语言精练、明确，语句流畅；英文摘要须与中文摘要内容相对应；中文摘要约400-500个汉字，英文摘要约300-450个实词；关键词要反映毕业设计说明书（论文）的主要内容，数量一般为4-6个。 设计类论文的摘要：应有类似的文字：（1）本设计的依据和意义的简要描述（2）采用什么方法（面向对象的方法或软件工程的方法）进行需求分析、总体设计，详细设计、实现了哪些重要的功能。（3）（如果有这部分内容的话）设计过程中对什么问题进行了研究，提出了什么新的思路或者方法（4）系统设计或者研究达到了什么目标。 研究类论文的摘要： （1）本课题的依据和意义的简要描述（2）对哪些算法或者方法进行了哪些研究（3）提出了什么新的思路或者方法，或者对什么方法提出了改进思想（4）经过什么测试验证，证明了新的方法的可行性，或者效果等（4）研究达到了 4，关键词5，关键词6 编号 3…编号，前言为第1页

： 5，关键词6

言 章一级标题一 (2) 第1章二级标题一 (2) 第1章二级标题二 (3) §1.2.1 第1章三级标题一 (3) §1.2.2 第1章三级标题二 (3) 章一级标题二 (5) 第2章二级标题一 (5) §2.1.1 第2章三级标题一 (5) §2.1.2 第2章三级标题二 (5) §2.1.3 第2章三级标题三 (6) 第2章二级标题二 (6) 章一级标题三 (7) 第3章二级标题一 (7) §3.1.1 第3章三级标题一 (7) §3.1.2 第3章三级标题二 (7) 第3章二级标题二 (7) 第4章一级标题四 (8) §4.1 第4章二级标题一 (8) §4.1.1 第4章三级标题一 (8) §4.1.2 第4章三级标题二 (8) §4.2 第4章二级标题二 (8) 第5章一级标题五 (9) §5.1 第5章二级标题一 (9) §5.2 第5章二级标题二 (9) §5.3 第5章二级标题三 (9) §5.3.1 第5章三级标题一 (9) §5.3.2 第5章三级标题二 (9) §5.3.3 第5章三级标题三 (9)

基于单片机的两轮平衡车设计

2016年第8淛y信息疼甲文章编号=1009 -2552 (2016)08 -0025 -04 DOI：10.13274/https://www.wendangku.net/doc/4818694246.html,ki.hdzj.2016. 08. 007 基于单片机的两轮平衡车设计 孙传开，罗飞 (华南理工大学自动化科学与工程学院，广州510640) 摘要：采用单片机MC9S12XS128作为控制器，结合陀螺仪ENC-03、三轴加速度计MMA7260 芯片，设计一个运行稳定、体积小、可匀速运动的两轮自平衡车。通过介绍平衡车的平衡原理、系统架构以及软硬件设计，阐明两轮自平衡车的设计要点。最后，通过系统理论分析以及实验 测试表明了这种设计方式的合理性和应用的可行性。 关键词：单片机；两轮自平衡；加速度计；陀螺仪；飞思卡尔 中图分类号：TP368. 1文献标识码：A D e s ig n o f tw o-w h e e l c a r s y s te m b a s e d o n m ic r o c o n tr o lle r S U N C h u a n-k a i，L U O F e i (School of Automation Science and Engineering，South China University of Technology，Guangzhou510640,China) Abstract ：This article mainly discusses design ol a small two-wheel sell-balancing car which can run stably in uniform motion,with microcontroller MC9S12XS128 as the controller and integrating an ENC-03 gyroscope as well as three-axis accelerometer MMA7260 chip.By introducing the balance principle of two-wheeled car control system，the overall structure of instrument and hardware as well as software design，it explains the design point of two-wheeled car control system.Finally，through the theoretical analysis and experimental tests it shows the feasibility and rationality of this design approach. Key words：microcontroller;two-wheeled car system；accelerometer；gyroscope;freescale 0引言 从交通工具到机器人研究，两轮车一直都广受 人们的关注，它不但可以大幅减少硬件成本而且对 空间以及能源的占用量也很少，具有很高的使用价 值和很大的应用前景。本文的目的就是研究设计一 种基于陀螺仪和加速度计的性能可靠，运行稳定的 两轮自平衡车。 1平衡车原理 两轮平衡车是类似倒立摆的一种非线性、自然 不稳定的系统,想要系统保持稳定需要使得系统的 重心与两个轮子保持在同一垂线上。姿态传感器可 以用来实时地获得系统的姿态信息,控制系统的角 度。本文采用的姿态传感器是陀螺仪和加速度计。 陀螺仪可以输出被测系统在某一方向上的角度 变化速率，通过对速率的积分处理可获得系统的角 度变化。由于陀螺仪易受外界噪声干扰，尤其是受温度影响时容易产生温飘，导致通过积分获得的角 度存在积累误差。所以，只使用陀螺仪是不行的。 加速度计是一种可以测量由物体运动或者地球 引力产生的加速度。图1所示为三轴加速度传感 器,在静止状态时y轴、Z轴输出为〇,*轴输出为重 力加速度g;当传感器向图1方向倾斜时，重力加速 度g就会沿着z轴方向产生一个加速度分量，当传 感器将加速度分量转换成z轴电压后，电压的大小 和倾斜角度的关系式为： AU = ^gsin^ (1)式中,为传感器输出电压，&为加速度传感器的 敏感系数，g为重力加速度，^为倾角。 事实上,当两轮车稳定时倾角变化范围很小，此 收稿日期：2015 -09 -07 基金项目：惠州产学研结合项目（2012B050013004) 作者简介：孙传开（1990 -),男，硕士研究生,研究方向为信号处理与控制。 一25—

河科大毕业设计论文_模版

毕业设计（论文）题目 摘要 【从这里键入摘要容。字体和格式均不需要修改。页面格式已经设置完毕(小四号宋体)。】扼要概括毕业设计（论文）主要设计了什么容，如何设计的，设计效果如何。语言精练、明确，语句流畅；英文摘要须与中文摘要容相对应；中文摘要约400-500个汉字，英文摘要约300-450个实词；关键词要反映毕业设计说明书（论文）的主要容，数量一般为4-6个。 设计类论文的摘要：应包含：（1）本设计的依据和意义的简要描述（2）系统的总体方案设计，详细设计、实现了哪些重要的功能。（3）设计过程中对什么问题进行了研究，提出了什么新的思路或者方法（4）系统设计或者研究达到了什么目标或结果。 研究类论文的摘要：应包含：（1）本课题的依据和意义的简要描述（2）对哪些算法或者方法进行了哪些研究（3）提出了什么新的思路或者方法，或者对什么方法提出了改进思想（4）经过什么测试验证，证明了新的方法的可行性，或者效果等（4）研究达到了什么目标。 关键词：关键词1，关键词2，关键词3，关键词4，关键词5，关键词6 页眉设置：科技大学本科毕业设计（论文） 页码设置：前言之前部分用I，II，III…编号 从前言开始用阿拉伯数字1，2，3…编号，前言为第1页

英文题目 ABSTRACT 【从这里键入英文摘要容】 KEY WORDS：关键词1，关键词2，关键词3，关键词4，关键词5，关键词6

目录 前言 (1) 第1章引言 (2) §1.1研究意义 (2) §1.2计算机智能组卷算法的发展 (3) §1.3 计算机智能组卷中主要解决的几个问题 (3) §1.4 基于最小回溯代价的智能组卷算法 (3) §1.5 论文的主要工作 (3) 第2章常用的计算机智能组卷算法 (5) §2.1组卷问题 (5) §2.1.1组卷问题的数学模型 (5) §2.1.2组卷算法流程 (5) §2.2随机组卷算法 (6) 第3章×××××× (7) §3.1×××××× (7) §3.1.1×××××× (7) §3.1.2×××××× (7) §3.2×××××× (7) 第4章×××××× (8) §4.1 ×××××× (8) §4.1.1×××××× (8) §4.1.2×××××× (8) §4.2×××××× (8) 第5章×××××× (9) §5.1×××××× (9) §5.2×××××× (9)