自平衡小车最终版
两轮平衡小车实习报告
两轮平衡小车实习报告一、前言随着科技的不断发展，机器人技术逐渐应用于各个领域，其中两轮平衡小车作为一种具有自平衡能力的新型轮式车，引起了广泛的关注。
本次实习报告主要介绍了两轮平衡小车的原理、设计及实际操作过程。
二、两轮平衡小车原理两轮平衡小车主要由控制系统、传感器、执行器等部分组成。
其工作原理是通过传感器实时检测车体姿态，将车体姿态信息传输给控制系统，控制系统根据车体姿态信息计算出相应的控制策略，并通过执行器实现对车轮的动态调整，使小车保持平衡。
三、两轮平衡小车设计1.硬件设计本次设计的两轮平衡小车采用STM32单片机作为控制核心，配备有MPU6050传感器用于姿态检测，使用TB6612FNG电机驱动模块实现车轮的控制。
此外，还使用了OLED显示屏用于显示实时数据。
2.软件设计在软件设计方面，主要采用了PID控制算法来实现车体的平衡控制。
首先，对MPU6050传感器采集到的数据进行处理，计算出车体的倾角；然后，根据倾角信息计算出控制电压，通过TB6612FNG电机驱动模块对车轮进行控制，以保持车体的平衡。
四、两轮平衡小车实际操作过程1.调试过程在实际操作过程中，首先需要对小车进行调试。
通过调整小车的重心位置，使其能够稳定站立。
调试过程中，发现小车在高速运动时容易失去平衡，通过减小驱动电压，提高小车的稳定性。
2.平衡控制实现在平衡控制实现方面，通过实时检测车体姿态，并根据姿态信息计算出控制电压，实现对车轮的控制。
在实际操作中，发现小车在平衡状态下运行平稳，能够实现前进、后退、转向等基本功能。
3.避障功能实现为了提高小车的实用性，我们为其添加了避障功能。
通过使用HC-SR04超声波传感器，实时检测小车前方的障碍物距离，并在检测到障碍物时，自动调整小车方向，实现避障。
五、总结通过本次实习，我们对两轮平衡小车的原理、设计及实际操作过程有了深入的了解。
两轮平衡小车作为一种具有自平衡能力的新型轮式车，具有占地面积小、转弯灵活等优点，其在未来的应用前景广阔。
基于PID控制器的两轮自平衡小车设计
本科毕业设计基于PID控制器的两轮自平衡小车设计摘要两轮自平衡小车具有体积小、结构简单、运动灵活的特点，适用于狭小和危险的工作空间，在安防和军事上有广泛的应用前景。
两轮自平衡小车是一种两轮左右平衡布置的，像传统倒立摆一样，本身是一种自然不稳定体，其动力学方程具有多变量、非线性、强耦合、时变、参数不确定性等特性，需要施加强有力的控制手段才能使其保持平衡。
本文在总结和归纳国内外对两轮自平衡小车的研究现状，提出了自己的两轮自平衡小车软硬件设计方案，小车硬件采用陀螺仪和加速度传感器检测车身的重力方向的倾斜角度和车身轮轴方向上的旋转加速度，数据通过控制器处理后，控制电机调整小车状态，使小车保持平衡。
由于陀螺仪存在温漂和积分误差，加速度传感器动态响应较慢，不能有效可靠的反应车身的状态，所以软件使用互补滤波算法将陀螺仪和加速度传感器数据融合，结合陀螺仪的快速的动态响应特性和加速度传感器的长时间稳定特性，得到一个优化的角度近似值。
文中最后通过实验验证了自平衡小车软硬件控制方案的可行性。
关键词：自平衡互补滤波数据融合倒立摆Two-wheeledSelf-balancingRobotMaXuedong(CollegeofEngineering,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642,China) Abstract:Thetwo-wheeledself-balancingrobotissmallinmechanism,withsimplestructureandcanmakeflexiblemotion,目录华南农业大学本科生毕业设计成绩评定表1前言研究意义应用意义。
自平衡车巧妙地利用地心引力使其自身保持平衡，并使得重力本身成为运动动能的提供者，载重越大，行驶动能也就越大，具有环保的特点(胡春亮等，2007)。
驾驶者不必担心掌握平衡，车体自身的平衡稳定性，使得原本由于平衡能力障碍而无法骑自行车的人群也同样可以驾驭。
自动跟随平衡小车的设计
自动跟随平衡小车的设计1 绪论1.1 研究背景与意义1.1.1 研究背景当今时代是产业智能化的时代，新兴的信息技术正在快速应用于各行各业，现代科学技术已经成为了产业变革最主要的推动力。
根据《中国制造2025》计划所述，我国将加大力度对智能自动化工程、智能交互机器人、智能交通管理、智能电器、智能家居控制等产业进行引领和推动。
此外，还应根据消费需求的动态感知，从研发、制造和产业组织模式等方面开发一系列新的制造模式。
2018年12月底，全国工业和信息化部部署2019年工作，其涉及智能制造、信息消费、5G等领域。
智能制造业的兴起和引起人们的重视，得益于人工智能的研究和发展，其可以理解为人工智能系统的前沿技术。
人机一体化智能系统是智能化技术早期的应用探索之一，正在逐步发展成为一种混合智能技术。
人机一体化智能系统的智能化应用主要体现在智能机械上，而对于人们的日常生活来说，智能化在在智能机器人的应用上体现得最为明显。
在工业生产上，很多领域通过智能化装置的应用，实现了手动控制与自动控制的结合，节省了人力，降低了物料损耗，提升了生产效率和经济性。
随着智能化在不同产业的生成过程中应用愈发广泛，其承担的作用也越来越重要。
1.1.2 研究意义1.推进双轮自平衡车的智能化研究自动跟随技术已经经历了很长时间的发展。
早在很多年以前，国内外的研究人员就开始了对自动跟随技术具体应用的探索，设计出了自主跟随四轮小车，自主跟随无人机等作品。
由于那个时期的自平衡车的相关技术还不成熟，导致很少有自动跟随技术在平衡车上应用。
在性质上，双轮自平衡车从属于智能机器人的发展范畴，在移动载具方面，它有所占空间小、驾驶灵活、容易停车且便于携带等特点，非常适合短距离的代步和应用于娱乐活动。
但由于自平衡车在交通复杂的环境下，其安全性能并不稳定，并且对驾驶者的安全防护措施比较欠缺，导致自平衡车的交通事故发生频繁，事故损伤普遍偏重，致使现阶段很多城市都出台法令限制平衡车通行；另一方面，在平衡车跟随功能方面，小米正在成为先驱者，虽然小米平衡车的性能和适用范围还有很多不足之处，但自动跟随相关研究方向的正确性已被证明，这也将成为未来服务型机器人种类中特殊的一面。
基于AVR单片机的两轮自平衡小车设计
第１ 期
张飞云 ， 等： 基于 Ａ Ｖ Ｒ单 片机 的两轮 自平衡 小车设计
・ ５ ９・
综上 可 知 ， 在 上述 系 统 硬 件基 础 上 利 用 比例 与积
分算法可以实现对传感器输入信号的跟随， 使系统达
到 动态平 衡 ．
； 行通 信接 口电路 卜 － ＿ 一 ． －
Ｉ
Ａ Ｖ Ｒ ｍ ｅ ｇ ａ ８单片机 完成对其信号的采集与计算 ， 并向电机驱动器发送信号去执行相应的动作 ， 从而 实现 小车的动 态平衡功能．
关键词 ： 两轮 自平 衡 小车 ； 角速 度 传 感 器 ； 陀螺 仪 ； Ａ Ｖ Ｒ； Ｐ Ｉ 中 图分 类 号 ： Ｔ Ｐ ２ ４ 文献 标 志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ４—３ ３ ０ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ０ ５ ８— ０ ３
移动机 器人 技术 是 目前 科学 技术 发展 最活跃 的领 域 之一 ， 而 两轮 自平 衡 小车 又是 移 动机 器人 研 究 中 的
一
个 重要 领域 ． 两轮 自平衡 小 车是一 个高 度不稳 定 的两 轮机 器人 ， 它 两轮 同轴 、 车身 中心 位 于车轮 轴 的上
方、 独 立驱 动 、 靠 运动 保持平 衡 ． 本研究 从最 基本 的单轴 动态 平衡 着手 ， 通过优 化 Ｐ Ｉ 算法 ， 最终实 现 了仅 用 角 速度传感 器 的多轴 动态平 衡 达到在 价格 敏感 产 品中低成 本 、 高 效率 ， 在价 格不 十分敏感 的产 品 中和加速度 相 结合 的效果 ．
第２ ５卷 第 １ 期
２ ０ １ ３年 ３月
河 南工程 学院学报（自然科 学版 ）
Ｊ Ｏ Ｕ Ｒ Ｎ Ａ Ｌ Ｏ Ｆ Ｈ Ｅ Ｎ Ａ Ｎ Ｉ Ｎ Ｓ Ｔ Ｉ Ｔ Ｕ Ｔ Ｅ Ｏ Ｆ Ｅ Ｎ Ｇ Ｉ Ｎ Ｅ Ｅ Ｒ Ｉ Ｎ Ｇ
基于STM32单片机红外遥控两轮自平衡小车的设计
GND1：5V电源地；
EN：5V使能引脚(5V工作，0V关闭，禁止悬空)；
PWM1：控制电机1的转速；
DR1：控制电机1的转向；
PWM2：控制电机2的转速；
DR2：控制电机2的转向；
系统的整体设计框图如图2-2所示:
图2-2系统整体框图
3
3.1
STM32F1系列屈于中低端的32位ARM微控制器，其内核是Cortex-M3㈡。
STM32F103是一款常用的中等容量增强型、低功耗、32位基于ARM核心的带64K或128K字节闪存的微控制器，拥有USB、CAN、7个定时器（3个16位定时器、1个16位带死区控制和紧急刹车、2个看门狗定时器、系统时间定时器：24位自减型计数器）、2个ADC、9个通信接口（2个I2C接口、3个USART接口、2个SPI接口、CAN接 口USB 2.0全速接口）等众多资源。这款芯片运行时的最高频率可达到72MHz,其供 电电压为2.0V至3.6V,拥有64K或128K字节的闪存程序存储器，带有4个片选的静 态存储器控制器15o该芯片还具有看门狗定时器，系统时间定时器，低功耗空闲和CRC计算单元，使得STM32F103芯片在众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解 决方案。
2.3
程序是系统稳定运行的大脑神经，如果一个单片机控制系统没有可以用來控制的 程序，那么再好的电路也是没有实际意义的。
程序的编写过程中需要注意以下儿点：
1、程序的编写一定要按照预先搭建好的电路进行，操作一定要针对与被操作的对 象。
2、程序的编写应该做到以尽量少的编程语言去实现更复杂的控制内容，只有这样, 编写的程序才能够简洁完整。
电动小车最终方案版
电动小车最终方案版(总28页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--一、任务设计并制作一个简易智能电动车，其行驶路线示意图如下：二、要求1、基本要求（1）电动车从起跑线出发（车体不得超过起跑线），沿引导线到达B 点。
在“直道区”铺设的白纸下沿引导线埋有1~3块宽度为15cm、长度不等的薄铁片。
电动车检测到薄铁片时需立即发出声光指示信息，并实时存储、显示在“直道区”检测到的薄铁片数目。
（2）电动车到达B点以后进入“弯道区”，沿圆弧引导线到达C点（也可脱离圆弧引导线到达C点）。
C点下埋有边长为15cm的正方形薄铁片，要求电动车到达C点检测到薄铁片后在C点处停车5秒，停车期间发出断续的声光信息。
（3）电动车在光源的引导下，通过障碍区进入停车区并到达车库。
电动车必须在两个障碍物之间通过且不得与其接触。
（4）电动车完成上述任务后应立即停车，但全程行驶时间不能大于90秒，行驶时间达到90秒时必须立即自动停车。
2、发挥部分（1）电动车在“直道区”行驶过程中，存储并显示每个薄铁片（中心线）至起跑线间的距离。
（2）电动车进入停车区域后，能进一步准确驶入车库中，要求电动车的车身完全进入车库。
（3）停车后，能准确显示电动车全程行驶时间。
（4）其它。
三、评分标准比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析实际完成情况50发挥部分完成第（1）项15 完成第（2）项17 完成第（3）项8 其它10四、说明1、跑道上面铺设白纸，薄铁片置于纸下，铁片厚度为～。
2、跑道边线宽度5cm，引导线宽度2cm，可以涂墨或粘黑色胶带。
示意图中的虚线和尺寸标注线不要绘制在白纸上。
3、障碍物1、2可由包有白纸的砖组成，其长、宽、高约为50cm12cm6cm，两个障碍物分别放置在障碍区两侧的任意位置。
4、电动车允许用玩具车改装，但不能由人工遥控，其外围尺寸（含车体上附加装置）的限制为：长度≤35cm，宽度≤15cm。
两轮平衡小车说明书
电气电子工程学院自主创新作品两轮平衡小车摘要两轮自平衡小车具有体积小、结构简单、运动灵活的特点，适用于狭小和危险的工作空间，在安防和军事上有广泛的应用前景。
两轮自平衡小车是一种两轮左右平衡布置的，像传统倒立摆一样，本身是一种自然不稳定体，其动力学方程具有多变量、非线性、强耦合、时变、参数不确定性等特性，需要施加强有力的控制手段才能使其保持平衡。
本作品采用STM32单片机作为主控制器，用一个陀螺仪传感器来检测车的状态，通过dvr8800控制小车两个电机，来使小车保持平衡状态，通过2.4G模块无线通讯进行遥控来控制小车运行状态。
关键词：智能小车；单片机；陀螺仪。
目录一．前言 (4)一．两轮平衡车的平衡原理 (4)2.1 平衡车的机械结构..........................................................................错误!未定义书签。
2.2 两轮车倾倒原因的受力分析 (4)2.3 平衡的方法 (5)三．系统方案分析与选择论证 (5)3.1 系统方案设计 (5)3.1.1 主控芯片方案 (5)3.1.2 姿态检测传感器方案 (6)3.1.3 电机选择方案 (6)3.2 系统最终方案 (7)四．主要芯片介绍和系统模块硬件设计 (7)4.1.STM32单片机简介（stm32rbt6） (7)4.2.陀螺仪传感器 (8)4.3．TB6612 (8)4.4．编码器 (9)4.5. 主控电路 (9)4.6 电机驱动电路 (10)五．系统软件设计 (11)5.1 PID概述 (11)5.2 数字PID算法 (12)5.3 PID控制器设计 (13)六．硬件电路 (14)七．制作困难 (15)八．结论 (16)九．参考文献 (16)一．前言应用意义。
自平衡车巧妙地利用地心引力使其自身保持平衡，并使得重力本身成为运动动能的提供者，载重越大，行驶动能也就越大，具有环保的特点(胡春亮等，2007)。
平衡小车调试指南（直立环速度环）
平衡⼩车调试指南（直⽴环速度环）平衡⼩车调试指南接下来将和⼤家⼀起以⼯程的思想去完成⼀个平衡⼩车的调试，包括平衡⼩车的直⽴环、速度环、转向环，⼀般我们是先调试直⽴环，再调试速度环，最好调试转向环。
另外需要说明的是，因为我们使⽤的电机性能⾮常好，对PID参数不敏感，也就是说每个参数的取值范围都很⼴，这将对我们接下来的调试有很⼤的帮助。
1.1平衡⼩车直⽴控制调试平衡⼩车直⽴环使⽤PD（⽐例微分）控制器，其实⼀般的控制系统单纯的P控制或者PI控制就可以了，但是那些对⼲扰要做出迅速响应的控制过程需要D （微分）控制。
下⾯是直⽴PD控制的代码：int balance(float Angle,float Gyro){float Bias,kp=300,kd=1;int balance;Bias=Angle-0;//计算直⽴偏差balance=kp*Bias+Gyro*kd;//计算直⽴PWMreturn balance;//返回直⽴PWM}⼊⼝参数是平衡⼩车倾⾓和Y轴陀螺仪（这个取决MPU6050的安装），我们的⼩车前进⽅向是MPU6050的X轴的正⽅向，电机轴与Y轴平⾏。
前⾯两⾏是相关变量的定义，第三⾏是计算⾓度偏差，第四⾏通过PD控制器计算直⽴PWM，最后⼀⾏是返回。
调试过程包括确定平衡⼩车的机械中值、确定kp值的极性（也就是正负号）和⼤⼩、kd值的极性和⼤⼩等步骤。
在调试直⽴环的时候，我们要屏蔽速度环和转向环，如下图所⽰：1.1.1确定平衡⼩车的机械中值把平衡⼩车放在地⾯上，绕电机轴旋转平衡⼩车，记录能让⼩车接近平衡的⾓度，⼀般都在0°附近的。
我们调试的⼩车正好是0度，所以就是Bias=Angle-0;1.1.2确定kp值的极性（令kd=0）⾸先我们估计kp的取值范围。
我们的PWM设置的是7200代表占空⽐100%，假如我们设定kp值为720，那么平衡⼩车在±10°的时候就会满转。
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研究目的是设计一款新型的、结构简单、成本低的两轮自平衡车，使其能够很好地实现自平衡功能。
主要研究内容：（1）对两轮自平衡小车的原理进行研究。（2）设计两轮自平衡小车的各个模块的电路图和小车的程序。（3）制作两轮自平衡小车实物并调试。
研究价值：自平衡是一个集多种功能于一体的综合系统，是动力学理论与自动控制理论及技术相结合的研究课题，在完成自身平衡的同时，还能够适应各种环境下的控制任务。利用速度传感器、倾角传感器等，来实现小车的自主避障、路径规划等复杂功能。同时，提高了学生的动手能力、创新能力和接受挑战能力。
三、本课题拟解决的问题或创新点：
车模运动过程中控制其平衡、速度、方向。
研究思路（或技术路线）及可行性
一、研究思路（或技术路线）及方法
（1）控制车模平衡：通过控制两个电机正反向运动保持车模直立平衡状态。
（2）控制车模速度：通过调节车模的倾角来实现车模速度控制，实际上是通过控制电机的转速
来实现车轮速度的控制。
山西大学第十四期本科生科研训练项目表
学院（系）名称（盖章）：
项目名称
自平衡小车
项目简介
一、研究背景及文献资料：
随着社会经济的发展，人民生活水平的提高，越来越多的小汽车走进了寻常百姓家。汽车快捷方便、省时省力，现代化程度高，种类繁多的个性化设计满足了不同人的需求。然而，汽车作为传统的陆路交通工具存在的弊端也是显著的。它体积大、重量大、污染大、噪声大、耗油大、技术复杂、使用不便、价格贵、停放困难，效率不高，而且还会造成交通拥堵并带来安全隐患。相比之下，自行车是一种既经济又实用的交通工具。中国是自行车大国，短距离出行人们常选择骑自行车。自行车确实方便，但在使用之前需要先学会骑车，虽然看似简单，平衡能力差的人学起来却很困难，容易摔倒，造成人身伤害。另外，自行车毕竟不适宜长距离的行驶，遥远的路程会使人感到疲劳。那么，究竟有没有这样一种交通工具，集两者的优点于一身呢？既能像汽车一样方便快捷又如自行车般经济简洁，而且操作易于掌握，易学又易用。两轮自平衡车概念就是在这样的背景下提出来的。
（3）控制车模方向：通过控制两个电机之间的转动差速实现车模转向控制。
二、可行性论证
自平衡车方便快捷，而且操作易于掌握，易学又易用，受到人们的喜爱。学生可以通过C语言、单片机等知识的应用制作一个车模。车模可以在规定的赛道上自主运动。
预期目标
车模在直学校意见
分数：____________
具体建议：
签字：
年月日