智能自平衡车制作
两轮自平衡智能车硬件系统计
两轮自平衡智能车硬件系统计摘要：针对智能车为两轮直立行走的要求，提出了系统的设计方案。
微处理器采用MC9S12XS128，用加速度传感器检测车的倾角，陀螺仪检测车的角加速度；通过控制两个电机的加减速实现车的自平衡控制。
实验表明：该方法制作的两轮自平衡车构造简单，控制方便，能够较好的实现自平衡控制。
关键词：自平衡；智能车；传感器；驱动两轮自平衡小车本质上是一类两轮智能机器人，是机器人研究领域中一个崭新的方向。
与传统的机器人相比，它具有更广阔的发展前景。
开展该领域的研究，对拓展机器人的应用范围、提高国内两轮机器人的研究水平和机器人控制水平有重要的理论和现实意义。
本文以MC9S12XS128为微处理器，采用MMA7260加速度传感器和NEC-03陀螺仪共同检测车模的角度信息，通过控制两个电机的加减速度来实现了智能车的自平衡控制，实验表明：该方法制作的两轮自平衡车构造简单，控制方便，适应性强、响应迅速快，能够较好的实现自平衡控制并有很强的抗干扰能力。
1.设计原理两轮车是一个高度不稳定系统，在重力作用下车体姿态本征不稳定，致使在没有外加调控下必然倾倒的现象。
因此，要保持车的平衡只有通过控制轮子转动，抵消车体倾斜的趋势以保持平衡。
为了保持智能车的直立自平衡状态，需要满足以下两个条件：一是需要准确测量车体的倾角和角加速度的大小，以得到车的状态和趋势；二是需要控制车轮的速度和加速度，使智能车保持直立的状态。
因此，从控制角度来看，将智能车作为一个控制对象，两个车轮的转动速度为控制输量。
整个控制系统又可分为三个子系统：（1）智能车的平衡控制：车的倾角为输入量，通过控制两个电机的加速度保持小车衡。
（2）智能车的速度控制：在保持平衡的基础上，改变车的倾角来调节车的速度，实际上还是通过对电机的控制来实现速度控制。
（3）智能车方向控制：控制两个电机的转速差来实现车的转向。
2.自平衡智能车系统结构自平衡智能车系统主要包括系统主要由以下几个模块组成：MC9S12XS128单片机最小系统硬件设计、电源模块硬件设计、倾角传感器信号调理电路设计、电机驱动电路设计、速度检测电路。
两轮自平衡智能机器人的设计与制作
Course Education Research
课程的学时一般都是在 48 到 64 个学时之间遥由于工程管理在工 程项目施工组织方面上学习到的专业知识比房地产经营与估价
的学生要多一些袁因此他们的学时就相对少一些遥 那么在对于房 地产经营与估价的学生而言袁 他们就要充分补充在施工组织尧建 筑工程基础等方面的基础知识袁这样有助于学生了解工程项目管 理的系统管理方式袁进而更好地对房地产项目进行经营管理遥
三尧从实践教学及课程项目设计的角度上分析 目前的高职的教育方式就是提倡学生能自主学习袁 通过实 践教学增强学生的专业素养和专业技术遥而叶工程项目管理曳这个 课程的各个章节内容相对比较独立袁任务联系也不紧密袁因此在 教学的过程中存在一定的难度袁所以要进行分项目的案例教学模 式遥 那么这样的情况下可以采用多媒体的教学模式袁 利用信息 技术的资源和力量袁以模块案例教学的形式教学遥 并在课上多点 组织学生的互动袁让学生以小组的形式完成一些案例的分析和管 理袁提高学生的参与度和增强学生的学习积极性袁以培养学生的 独立思考能力和独自解决问题的习惯和能力遥学校应该以不同难 度的项目对学生进行综合训练袁让学生能学会主动去学习袁自己 解决困难袁积极思考超前学习遥 那么在以后工作的过程中遇到的 麻烦和困难就不会无从下手遥 四尧课程建设方面的几点意见 第一袁考核方案的改革 大部分的高职都存在考核方案有漏洞和缺点的问题袁 那么 为了改善学校的管理和教学袁 学校都会在这些问题上进行改革遥
. All Rights Res两erv轮ed自. 平衡智能机器人的设计与制作
田啸宇 陈 扬 张 婷
渊上海工程技术大学工程实训中心 上海 201620冤
揖摘要铱本文主要介绍了两轮自平衡机器人的设计系统方案遥 该方案以 K60 系列单片机作为系统控制处理器袁采用陀螺仪尧加速
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。
平衡车自动控制系统的设计与开发
平衡车自动控制系统的设计与开发近年来，随着科技的不断发展和智能化的趋势，平衡车作为一种以自主平衡为特点的新型交通工具，受到越来越多人的关注和青睐。
平衡车采用的是倒立摆控制原理，通过自主调整重心，达到平衡的状态。
而平衡车的自动控制系统是平衡车得以正常运作的核心，对于其安全性和性能有着至关重要的影响。
本篇文章将介绍平衡车自动控制系统的设计与开发的相关过程和具体实现。
一、平衡车自动控制系统的概述平衡车自动控制系统所处的位置是在运动控制系统和传感器系统之间，其主要包括两个部分：控制器和驱动器。
控制器是实现平衡车自动控制的核心，驱动器则是实现平衡车的动力来源。
平衡车自动控制系统的设计目的是为了实现平衡车的自主平衡及相应的运动控制，确保平衡车能够安全行驶。
二、平衡车自动控制系统的原理平衡车自动控制系统采用的是基于倒立摆控制原理的控制算法，具体原理如下：1. 采集数据：通过传感器采集车身的倾斜角度、角加速度和角速度，得到平衡车当前的状态信息。
2. 判断状态：采集的状态信息通过控制算法进行分析，判断平衡车当前的倾斜状态，判断方向并计算出平衡车应该前进或后退的距离和速度等相关参数。
3. 发送命令：根据判断出的平衡车方向和速度参数，控制器向驱动器发送相应的命令，使驱动器带动车轮运动，从而实现平衡车的自主平衡和前进或后退控制。
三、平衡车自动控制系统的设计与开发平衡车自动控制系统的设计与开发需要考虑以下几个方面：1. 传感器系统设计：选择合适的传感器并搭建传感器系统，采集平衡车相关状态数据。
目前常用的传感器有陀螺仪、加速度计和角度传感器等。
2. 控制器设计：根据传感器采集到的数据，通过控制算法判断出平衡车当前的状态信息，并发送相应命令给驱动器，控制平衡车的运动。
常用的控制算法有PID 控制算法等。
3. 驱动器设计：驱动器是实现平衡车前进或后退的核心，需要选择合适的电机及相应电路来实现平衡车的驱动。
同时还需要针对平衡车的负载、驱动电机的功率和安全性等多种要素进行考虑，确保驱动器的性能良好且稳定可靠。
双轮智能自平衡车的设计
双轮智能自平衡车的设计作者：王兆宇赵明明张宏川黄怡宁来源：《科学与财富》2017年第12期摘要：本文设计了一款人可以搭乘的自平衡车，本文利用飞思卡尔公司的一款基于ARM 内核的芯片MK60FN1M0VLQ15，平衡车的传感器采用的是加速度计MMA7361与陀螺仪ENC03MB组合而成的传感器模块，其能直接输出稳定的合成角度信号，并且利用光码盘做速度检测。
同时增加了一款黑白摄像头，用于环境的拍摄。
本文完成了硬件的搭建，完成了软件设计。
对传感器信号做了平滑处理，同时使用卡尔曼滤波处理后使其所得信号更加接近真实，保证了平衡车的站立。
关键词：自平衡车；加速度计；陀螺仪自平衡车属于倒立摆的一种形式，它是结合动力学和自动控制理论而成的项目，对它的研究，也推动了相关学科的发展。
在本质不稳定系统中，如最优控制、比例积分微分控制、模糊控制、神经网络控制都将得到实践验证。
总的来说，由于自平衡车车的平衡性是一个理论与实践相结合的产物，具有一定的理论意义和应用价值，引起了极大的研究兴趣，并让全世界的科学家聚焦于此。
1 两轮自平衡车的电路硬件设计1.1两轮自平衡车硬件电路总体设计硬件电路主要由电源稳压模块、控制芯片、陀螺仪和加速度传感器模块、摄像头模块，液晶屏模块，电机驱动模块，串口通信模块，测速模块等组成，如图1.1所示。
采用飞思卡尔的32位微控制器MK60FN1M0VLQ15作主控芯片，工作标准频率150MHZ。
微控制器通过ENC03和MMA7361采集的数据进行相应的算法运算，从而得到对电机驱动的较为精确的控制。
电机驱动采用用MOSFET管搭成的内阻很小的H桥电路。
1.2主要硬件选择陀螺仪与加速度计部分：加速度传感器选用飞思卡尔公司的MMA7361芯片，加速度传感器可以测量由地球引力作用或者物体运动所产生的加速度。
MMA7361选用了半导体表面微机械加工和集成电路技术，传感器体积小，重量轻等优点尤为突出。
测速模块：测速模块采用带有相位差的光点码盘，其可以利用FTM模块测出正反转。
两轮自平衡车制作与调试stm32 (Balancs)
1
3.8 蓝牙控制小车行走..........................................................................................................46 3.8.1 程序设计...............................................................................................................46 3.8.2 下载与调试...........................................................................................................48
自平衡车
一、基本原理[url=][/url] 本项目机器人是一辆简易型的双轮自主平衡小车，通过一个简单的机械式传感器获取小车的姿态，并通过调节小车前后运动方向，使得小车依靠两轮也能保持一个直立平衡。 1、运动机理[url=][/url] 双轮小车的自主平衡原理，其实就是不断的通过改变小车前后运动的方向，使小车的车身在竖直方向上保持一个动态的直立平衡。就类似杂技演员表演独轮车一样，需要不断的前后踩脚踏板使小车在前进和后退间不断变换，以保持一个平衡。 这个具体的平衡原理如下： 1、双轮自平衡小车一般长得都比较“高”，也就是重心位置比较高，位于车身底部的两个车轮是平行安装的，默认静止状态小车是无法保持一个直立的状态的。 2、如果车轮带动小车前进，小车下半身会比上半身先获得前进的加速度，即启动的瞬间小车的下半身前进而上半身静止，则会出现小车趋向后仰的状态。就类似汽车突然加速，我们身体会感到一个后仰的趋势。 3、如果车轮带动小车后退，小车下半身会比上半身先获得后退的加速度，即启动的瞬间小车的下半身后退而上半身静止，则会出现小车趋向前倾的状态。就类似汽车突然刹车（后退），我们身体会有一个前倾的趋势。 4、由于小车重心较高，如果小车前进--后仰，或者小车后退--前倾，随着小车的继续运动，这个后仰或者前倾的趋势会越来越大，必须及时纠正，否则小车就会倾倒下去。 5、如果小车前进中，有了后仰的趋势，达到一定程度后，可以让小车变成后退，让小车后退产生的前倾趋势去纠正原来前进时后仰的趋势；如果小车后退中，有了前倾的趋势，达到一定程度后，让小车变成前进，让小车前进产生的后仰趋势去纠正原来后退时前倾的趋势。如此往复循环，使小车保持一个直立的动态平衡状态。
[/url] 2、控制原理[url=][/url] 根据以上平衡原理，我们的双轮自平衡小车的具体运动控制过程如下： 1、车身后仰，则让小车后退，车身恢复直立；
自平衡电动代步车研制
自平衡电动代步车研制摘要：近年来，代步平衡车逐渐进入了人类的视野，由于其结构简单，占地面积小，得到了很多人的喜爱。
所以，该车的研究尤为重要，本论文对车的研究主要分为两部分，第一部分就是采用了STM32作为主处理器，倾角传感器进行角度测量，通过算法及编程，能够直立并平衡驾驶。
第二部分主要介绍该车的优势及如何控制及平稳驾驶。
关键词：传感器；算法；控制一、代步平衡车的直立与平衡驾驶本车主要采用STM32作为主处理器，该单片机处理能力较快，可以简单的处理各种算法，由于其成本低，体积小，应用在各个领域，而且本车运用到了多种算法，所以与FPGA 相比，虽然FPGA处理能力更快，但运算能力不强，成本较高，综上所述，STM32作为主处理器更为合适。
本车主要是通过控制传感器来实现它的平衡及驾驶，通过检测当前平衡车的倾斜角度及倾斜速度的快慢，计算出来的数据向前或者向后控制车体以实现平衡的效果。
MPU6050作为角度传感器，他将被测的小信号转变为电信号，但独自使用陀螺仪或者加速度计都不能使车身保持直立并加速行驶，它不仅易受地磁场的影响，并且具有信号噪声，与此相比，倾角传感器测量更为准确，我们在倾角传感器测量的基础上，采用互补滤波，最后通过积分进行变换，使之输出更加平滑。
当打开电源时，CPU开始工作，由于电机没有转矩，所以保持原地，��向前倾斜时，车子加速行驶，如果要减速，只需身体向后倾斜。
倾斜角度越大，速度越快，不论是加速还是减速，车体始终保持直立平衡状态。
对于车体的直立控制、速度控制和方向控制及平稳驾驶，我们都要求准确性和稳定性及安全性等特点，对我们最熟悉的就是PID算法及卡曼滤波。
所以我们通过检测车体当前行驶状态下的直立偏差、角度误差、速度调节，然后进行比例、积分和微分的调节，配合电路中的叠加原理，最终对左右电机进行控制。
二、代步平衡车的优势和系统结构通过人眼采集路况实时信息，并对实时路况信息进行运算处理，识别出道路，最终通过车体转向的方式达到视觉导航。
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智能自平衡车制作
本文研究的是智能自平衡车，它的原理主要是建立在一种被称为“动态稳定”（Dynamic Stabilization）的基本原理上，也就是车辆本身的自动平衡能力。
该设计以STM32F103单片机最小系统为主控制器和以数字传感器MPU6050为姿态检测模块组成自平衡车系统，采用卡尔曼滤波算法对陀螺仪和加速度计数据进行融合，通过增量式PID控制算法来控制小车的直立、速度和转向，最终实现小车的直立平衡功能。
标签：STM32；MPU6050；卡尔曼滤波；智能自平衡车
1 引言
隨着社会经济的发展，人民生活水平的提高小汽车作为短途代步工具的弊端越来越明显，为了满足市民越来越高的要求，如今市场上出现了两轮载人平衡车，智能自平衡作为短途代步车，可以丰富人们的业余生活、锻炼平衡能力和协调性。
通过学习STM32103单片机的内部资源，利用MPU6050传感器获取小车的偏转姿态。
运用卡尔曼滤波和增量式PID的方法，通过TB6612控制电机的转向与转速，以达到小车在水平面稳定的站立。
另当有一定的外力作用作用在小车上时，小车仍可以保持当前稳定状态。
2 智能自平衡车的总体设计方案
该设计是以STM32103单片机为主控制器，通过STM32单片机的内部资源，如TIM，IIC，PWM，ADC，定时器，外部中断，串口等功能。
由于STM32硬件IIC不稳定所以利用IO模拟IIC去读取MPU6050传感器的角度和加速度数据，然后利用卡尔曼滤波算法对采集到的角度和加速度数据进行融合，最后借助增量式PID算法和TB6612对2个电机的转速和转向进行控制，从而实现两轮自平衡。
获取平衡小车姿态角的滤波算法一般为卡尔曼滤波和一阶互补滤波，由于MPU6050 内置的DMP可以直接输出和姿态相关的四元数，所以有三种方法可以获取角度。
但是根据人们长时间的实践结果，认为DMP输出的四元数表示的角度和卡尔曼滤波最稳定，这里我们选择了卡尔曼滤波。
因为卡尔曼滤波应用广泛且功能强大，它可以估计信号的过去和当前状态，甚至能估计将来的状态，本质上讲，滤波就是一个信号处理与变换的过程。
最后的结果小车实现了自平衡，而且通过蓝牙控制可以进行简单的移动。
即使有外力的干扰小车同样也可以保持平衡。
3 硬件电路设计
硬件电路分为电源模块、STM32单片机最小系统模块、传感器模块、TB6612
电机驱动模块。
下面分别介绍下电源模块、传感器模块和电机驱动模块。
3.1 电源模块电路
整个系统是通过航模锂电池来供电，其中单片机系统需要的是5V电源，传感器模块需要的是 3.3V电源。
要使传感器能正常工作我们需要通过AMS1117来进行稳压达到3.3V。
以下是设计的硬件图。
3.2 传感器模块电路
系统需要测试角度与加速度因此需要应用陀螺仪和加速度计传感器，为了方便我们采用了集成二者的MPU6050。
MPU6050中的数据是通过IIC进行读取，将MPU6050的SCL和SDA口接与STM32103单片机的PB8和PB9相连。
3.3 电机驱动模块电路
电机驱动模块的主要功能是驱动小车轮子转动，对电机驱动系统有较高的要求，在这里我们选择了TB6612模块，通过单片机IO口输入改变控制端的高低电平，从而对电机进行正反转及停止操作。
4 软件代码调试
5 结论
本文针对智能自平衡车的设计的制作进行了基本介绍，介绍了其原理结构，硬件及软件设计。
通过软硬件的规划，参数整定，实现了自平衡车系统的动态平衡和简单的遥控行走功能。
在整个制作过程我们学习了单片机硬件结构，相关的传感器使用和PID算法。
通过这次的设计基础，将再进一步研究载人自平衡车的设计，实现其理论研究的应用价值。
项目经费：安徽省大学生创新创业项目：智能自平衡车制作（项目编号：201610379125）
作者简介：张笑笑（1995-），女，安徽亳州人，學生。