毕业设计任务书-(基于单片机的两轮平衡车控制系统设计)
两轮平衡车控制系统设计
此时系统两个极点为:图1总体结构图通过比较,对各模块做如下选择。
控制系统模块,采用AVR(ATmega16)单片机。
角度控制模块采用MMA7361。
陀螺仪模块采用图2总体系统电路原理图L298N电机驱动电路原理图传感器模块转接电路115Science&Technology Vision科技视界图3软件流程图5结论两轮自平衡小车是一个集多种功能于一体的综合系统,是自动控制理论与动力学理论及技术相结合的研究课题,其关键问题是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。
它是一种两轮共轴、独立驱动、车身中心位于车轮轴上方,通过运动保持平衡,可直立行走的复杂系统。
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。
【参考文献】[1]黄有锐,曲立国.PID控制器参数整定与实现[M].北京:科学出版社,2010.[2]范世珣,范大鹏,张智永,孙海洋.机电装置频率特性的数字化测试方法研究[J].动力学与控制学报,2007,5.[3]丁学明,张培仁,杨兴明,徐勇明.基于单一输入法的两轮移动式倒立摆运动控制[J].系统仿真学报,2004,16.[4]K Pathak,J Franch,S K Agrawal.Velocity and Position Control of a WheeledInverted Pendulum by Partial Feedback Linearization[J].IEEE Trans.on Robotics,2005.的缘故。
(a)“电阻率-温度”关系图(0-300K)(b)“电阻率-温度”关系图(0-10K)图3图(a)为NdOFeP的电阻率与温度(2K至300K)的关系曲线图,图(b)为NdOFeP的电阻率与温度(2k至10K)的关系曲线大图。
(2)NdOFeP的磁性测量过程由于NdOFeP中含有微量的磁性杂质,抑制了样品本身的磁性质。
基于STM单片机的平衡车设计研究
基于STM单片机的平衡车设计研究一、引言1. 平衡车原理平衡车是一种基于倒立摆的原理进行设计的交通工具。
它通过两个电动机驱动车轮，通过控制车轮的转速和方向来实现平衡车的前后倾斜和转向。
在使用平衡车时，通过重心的变化和倾斜传感器的检测，来控制电动机的转速和方向，从而保持平衡车的稳定状态。
基于STM单片机的平衡车设计，利用STM单片机的强大性能和丰富的外设接口，对平衡车进行智能化控制和调节，提高了平衡车的稳定性和性能。
2. STM单片机原理STM单片机是一种基于ARM内核的嵌入式处理器，具有强大的计算能力和丰富的外设接口。
它可以方便地与各种传感器和执行器进行连接和通信，实现智能控制和调节。
在基于STM单片机的平衡车设计中，通过连接倾斜传感器、加速度传感器和编码器等传感器，利用STM单片机的计算能力和通信能力，实现对平衡车的智能控制和稳定调节。
1. 硬件设计在基于STM单片机的平衡车设计中，需要搭建一个完整的硬件系统，包括电动机驱动模块、倾斜传感器模块、加速度传感器模块、编码器模块等。
通过这些硬件模块与STM单片机进行连接，实现对平衡车的智能控制和稳定调节。
在基于STM单片机的平衡车设计中，需要编写相应的控制程序，实现对平衡车的智能控制和稳定调节。
通过对倾斜传感器和加速度传感器的数据进行采集和处理，结合编码器的反馈信息，实现对电动机的速度和方向的控制，从而保持平衡车的稳定状态。
3. 系统调试在完成硬件设计和软件设计后，需要对整个系统进行调试和测试。
通过对传感器数据的采集和处理，以及对电动机的控制和调节，不断优化和调整系统的控制算法和参数，达到平衡车稳定运行的效果。
四、基于STM单片机的平衡车设计应用与展望1. 应用基于STM单片机的平衡车设计在智能交通工具、科技展示和娱乐器械等领域有着广泛的应用。
它不仅可以为人们提供便捷的出行方式，还可以作为科技展示品和娱乐器械，受到了越来越多人的关注和喜爱。
2. 展望随着科技的不断发展，基于STM单片机的平衡车设计将会越来越智能化和多样化。
基于STC单片机的两轮平衡车设计
的速度信息，通过 PID 算法将 PWM 输出并加以融合，从而实现小车的速度与方向控制。
关键词：STC8A8K64S4A12；角度检测；PID 算法；互补滤波
中图分类号：TP368.1；TP242
文献标识码：A
文章编号：1003-5168（2021）09-0015-03
Design of Two-Wheel Balancing Car Based on STC Single Chip
采用重力加速度陀螺仪传感器 MPU-6050 获取重力加速度和角度数据，通过互补滤波对获取的数据进行数据
融合从而得到小车姿态。经过 PID 算法处理后，系统输出 PWM（脉冲宽度调制）控制信号到电机驱动芯片
BTN7971B，以控制小车的两个电机的正反转和转速，使小车保持平衡状态。同时，使用旋转编码器获取小车
1 硬件系统的组成
小车硬件电路分为主控板和驱动电路版，上面分别 集成了各个模块，通过接口和尼龙柱连接，安装效果如图 1 所示。小车的供电可以选择电池或者超级电容，超级电 容具有快速充放电的特性，使用超级电容时，要配备单独 的稳压模块将快速下降的电压稳定在某一值。
设计车辆模型的电路时，人们需要根据接口和处理 数据量选择合适的单片机，并逐步设计其他模块，形成完 整的系统。系统的输入与输出包括五部分。一是 I2C 数 字接口（2 路 IO 模拟 I2C 数字接口），用于连接 MPU-6050
收稿日期：2021-02-13 作者简介：戴庆（1999—），男，本科在读，研究方向：计算机科学与技术。
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基于 STC 单片机的两轮平衡车设计
模块；二是 PWM 接口，控制车模电机双方向运行，这里使 用的是 H 桥驱动，所以需要 4 路；三是串行通信接口 SCI （UART，即通用异步收发器），用于程序的下载和调试以 及蓝牙遥控；四是外部中断，用于编码器测速；五是 IO 接 口，连接一些 IO 设备，如超声波、红外传感器等。
基于单片机的智能两轮自平衡车的设计
TECHNOLLGY APPLICATION基于单片机的智能两轮自平衡车的设计■■沈阳工学院：赵一澎■■唱红■■夏靖坤■何金■刘莹1.■引言如今移动机器人面临的环境和任务越来越繁杂，在这种情况下，就需要移动机器人必须能够适应一些复杂的环境和危险的任务。
因此开展对两轮自平衡小车的研究，这项研究在该领域的科研水平具有很重要的现实意义。
1.1 两轮自平衡小车的研究意义在面临一些复杂环境和艰巨的任务时，移动机器人通常会碰到一些狭隘的危险工作，在面对这样如此艰难的环境，研究者们针对移动机器人如何灵活快捷的执行任务的问题进行了深度的研究。
正是在这样一个背景下两轮自平衡小车的概念被提出来。
两轮自平衡小车的优点在于可以适应复杂的环境和控制任务，可以保持车身的平衡，在安防或者军事上会有更广阔的应用前景。
1.2 两轮自平衡小车的技术1.2.1 数学建模建立系统的模型，建立的重点在于动力学方面，两轮自平衡小车的结构主要由车身和双轮子两部分构成。
对两轮自平衡小车的建模方法，采用经典的力学方法，对小车进行受力分析，可分为车轮模型和车身模型两部分，最后通过对两者的稳定型和能观性的分析判断出系统的最优状态方程。
1.2.2 姿态检测两轮自平衡小车通过检测小车的姿态来对小车进行控制。
加速度计和陀螺仪等惯性传感器可以实时、准确的检测两轮自平衡车的倾角。
因此，采用陀螺仪和加速度两个传感器相结合，通过融合的算法对于两轮自平衡小车来说是实现有效控制的关键所在。
1.2.3 控制算法控制技术是运动控制的核心，两轮自平衡车属于本质不稳定系统，利用传统的PID技术进行可行性分析，传感器将车体的运动速度和倾角等信息传递给系统控制器，是车轮转速与角度值保持一致，系统控制器将最终命令传递给电机驱动器来完成系统的闭环控制。
2.■系统概述两轮自平衡小车的组成很简单，保持小车平衡和运动都是通过控制两个车轮完成的。
在未对系统进行控制时，小车处于静止的状态，此时的车身的状态可能会出现前倾或后倾。
基于STM32的平衡车设计
基于STM32的平衡车设计文章鉴于平衡车在当今世界的发展热潮提出了一种设计方案。
文章基于STM32微处理器，通过卡尔曼滤波法和PID控制实现了两轮平衡车的自平衡控制。
该设计方案采用加速度计和陀螺仪共同采集获取姿态角，得到可靠的输出。
标签：平衡车；加速度计；陀螺仪；卡尔曼滤波；PID算法前言平衡车作为一种交通工具，广泛应用于航空、安保等领域。
鉴于其绿色、节能、方便、灵活、轻巧等优点，解决了很多诸如交通、能源、环保等问题带来的压力，平衡车作为一种理想的交通工具具有很大的市场。
随着现代科技的不断进步，对于市场上平衡车的响应的精确度和速度的要求不断提高，文章设计方案通过陀螺仪测量角度和角速度，并通过加速度计来矫正陀螺仪的角度漂移，实现了精确度的提高。
1 力学原理分析如图1所示，类比倒立摆，控制车轮做加速运动，得到车模恢复力：F=mgsin？兹-macos？兹≈mg？兹-mk1？兹（1）式（1）中k1是车轮加速度a与偏角θ的比例。
因为空气中存在摩擦力，即阻尼力，则式（1）变作：F=mg？兹-mk1？兹-mk2■ （2）可得：a=k1？兹+k2■ （3）式（3）中k1大于g，k2大于0；k1决定了车模平衡的位置，k2决定了车模的响应时间。
从上述数学模型中可以看出，只需知道车模的倾角及角速度，即可推得车轮的加速度，从而可以控制电机的转速，实现对车轮的正确控制。
2 控制系统设计控制系统的整体设计方案是：通过陀螺仪测得车模的倾角和角速度，加速度计用来消除陀螺仪角度漂移。
两者测得数据经过A/D转换输入到控制器中，经过卡尔曼滤波得到可靠的车模角度。
同时编码器测得车轮速度传递到控制器中。
处理器经过PID算法结合车模角度和车轮速度输出PWM控制量驱动电机运转，改变车轮的转速。
具体框图如图2所示。
图2系统整体采用PID控制算法，如图3所示。
在速度控制和角度控制中都使用了微分环节，目的是使车模快速的稳定下来，加快了响应时间。
基于MC9S12XS128的双轮平衡车控制系统设计毕业设计
基于MC9S12XS128的双轮平衡车控制系统设计［摘要］本文主要介绍了双轮平衡车的控制系统设计方案。
采用MC9S12XS128作为核心控制器，在此基础上增加了各种接口电路板组成整个硬件系统，包括单片机最小系统，直流驱动电机控制模块，电源管理模块，测速编码模块，人机交互等模块。
软件调试部分依次对应硬件各模块进行程序设计，包括A/D模块，PWM模块，ECT模块，PID控制算法，人机交互控制等。
完成车模的制作和软件设计后对整个控制系统进行调试，先阐述了调试的策略，再分别就现有调试工具条件下的软件和硬件调试进行了分析，对相应的调试方法做了基本的介绍。
最后根据调试情况对整个系统做了修改，基本达到设计要求。
［关键词］双轮平衡车；MC9S12XS128；模块设计；调试策略Based On MC9S12XS128 of the Two-wheeled BalancingVehicle Control System DesignElectrical Engineering and Automation Specialty CHEN MingAbstract: This article mainly introduces the balance of the Two-wheeled balancing vehicle control system design scheme. The MC9S12XS128 as core controller, on the basis of interface circuit board of increasing the hardware system, including single chip minimize system, dc motor control module, power management module, code modules speed, man-machine interaction module. Software debugging session in the corresponding module design program, including A/D module, PWM module, ECT module, PID control algorithm, the man-machine interactive control, etc. Accomplish the production and the software design draw after the whole control system for debugging, first expounds the commissioning of the strategy, second，different debugging tools under the conditions of existing software and hardware debugging are analyzed, the corresponding debugging method basic introduction. According to the situation of the whole system debugging have modified, basic to meet the design requirements.Key words: the Two-wheeled balancing vehicle; MC9S12XS128; MODULAR DESIGN ; Debugging strategy目录1 引言 (1)1.1 双轮自平衡小车的研究意义 (1)1.2 双轮自平衡小车的发展历程和现状 (1)1.2.1国外的研究成果 (2)1.2.2国内的研究成果 (2)1.3 本课题的研究内容和关键问题 (2)2 双轮平衡小车系统的总体概述 (3)2.1 系统组成 (3)2.2 系统各模块的主要功能 (3)2.3 系统的主要特点 (4)3 双轮平衡小车硬件电路设计 (4)3.1 整体电路设计 (4)3.2 单片机最小系统 (5)3.3 直流驱动电机控制电路 (6)3.4 电源模块电路设计 (6)3.5 测速编码电路设计 (7)3.5.1 陀螺仪电路 (8)3.5.2 编码器电路 (8)3.6 人机交互接口电路设计 (9)3.6.1CAN总线与LIN总线设计 (9)3.6.2通信接口设计 (10)3.6.3人机交互电路设计 (10)4 双轮平衡小车软件设计 (11)4.1 软件模块功能与框架 (11)4.1 A/D模块 (12)4.1.1A/D转换原理 (12)4.1.2A/D转换模块功能结构 (12)4.1.3A/D转换模块的编程步骤 (13)4.2 PWM模块 (13)4.2.1PWM的主要特点 (13)4.2.2PWM应用及初始化 (14)4.3 ECT模块 (14)4.4 PID控制算法 (15)4.4.1PID控制原理 (15)4.4.2 PID参数的整定 (16)4.5 人机交互 (16)4.5.1 LCD液晶显示 (16)4.5.2 矩阵键盘按键识别 (17)4.5.3 串口与上位机的通讯 (17)5 双轮平衡小车的系统调试 (18)5.1 调试策略 (18)5.1.1硬件调试 (18)5.1.2软件调试 (18)5.1.3综合调试 (18)5.2 串口调试 (18)5.2 监控调试 (20)5.3 无线调试 (21)5.3.1无限遥控开关 (21)5.3.2无线通信模块 (21)6 结论 (23)参考文献 (24)附录1：单片机最小系统原理图 (25)附录2：单片机最小系统电路图 (26)附录3：单片机最小系统PCB图 (26)致谢 (27)1 引言本章简要的介绍了两轮自平衡小车的起源与发展、研究意义以及国内外的研究现状，并依此提出了本论文研究的主要内容。
基于STM单片机的平衡车设计研究
基于STM单片机的平衡车设计研究平衡车是一种能够自动保持平衡的个人交通工具，已经成为现代科技的焦点之一。
本文将基于STM单片机对平衡车进行设计研究。
我们需要明确平衡车的工作原理。
平衡车的核心原理是借助陀螺仪感应重力加速度，并通过控制电机来实现平衡。
在设计中，我们选择将STM单片机作为控制器，通过该单片机与陀螺仪和电机进行通信和控制。
我们需要选择适合的STM单片机作为控制器。
常用的STM单片机有STM32系列和STM8系列，我们需要根据平衡车的需求选择合适的型号和参数。
接下来，我们需要设计陀螺仪模块。
陀螺仪模块主要用于感应平衡车的姿态，并将姿态数据传输给STM单片机进行处理。
在设计中，我们可以选择MEMS陀螺仪传感器作为陀螺仪模块，并通过SPI或I2C接口与STM单片机进行通信。
然后，我们需要设计电机驱动模块。
电机驱动模块主要用于控制电机的转动，从而实现平衡车的平衡。
在设计中，我们可以选择使用电机驱动芯片作为电机驱动模块，并通过PWM信号控制电机的转速和方向。
我们还需要选择合适的电机作为平衡车的动力来源。
我们需要进行系统的整合和调试。
将陀螺仪模块、电机驱动模块和STM单片机进行连接，并进行软硬件的调试和优化。
通过合适的算法和控制策略，使得平衡车能够准确感应姿态并做出相应的动作，实现平衡和前进。
在设计研究中，我们还可以考虑添加其他功能和元件，如避障模块、动力监测模块等，进一步完善平衡车的性能和可靠性。
基于STM单片机的平衡车设计研究涉及到STM单片机的选择、陀螺仪模块的设计、电机驱动模块的设计以及整合和调试等步骤。
通过合适的硬件和软件设计，可以实现平衡车的自动平衡和运动控制。
平衡小车毕业设计任务书
平衡小车毕业设计任务书任务书一、任务背景平衡小车是一种智能控制的车辆，它可以通过各种传感器获取车辆自身的姿态信息，通过控制车辆的电机实现车辆的平衡控制。
平衡小车的应用领域非常广泛，包括工业自动化、军事防卫、人工智能、娱乐等多个方面。
二、任务目标本次毕业设计的任务是设计一款平衡小车，要求能够实现车辆的平衡控制、转向控制和速度控制，并具备一定的可拓展性和稳定性。
三、任务内容1.系统硬件设计（1）根据任务要求，设计平衡小车的硬件架构，包括主控板、电机、轮胎、传感器、电源等。
（2）选购所需的硬件元件，并进行组装和测试。
2.系统软件设计（1）设计平衡小车的控制算法，能够实现车辆的平衡控制、转向控制和速度控制。
（2）编写控制程序，并进行测试和优化。
3.系统调试与性能优化（1）对平衡小车进行调试和改进，确保车辆的稳定性和控制性能符合要求。
（2）对系统的各项指标进行测试评估，并进行优化和改进。
四、任务要求1.完成任务必须是独立完成，搭档完成或抄袭他人设计的作品，一经发现将会受到严厉惩罚。
2.本次设计要求学生具备扎实的电子技术、计算机技术和机械设计等方面的基础知识，要求熟练使用相关软件和硬件工具。
3.设计报告要求格式规范，内容详细且准确，要突出设计思路和方法，直观阐述系统的设计原理和关键技术。
五、成果展示1.设计成果要求通过实物演示和口头讲解的方式展示。
2.设计报告要求所有内容完整，并附带相关代码、调试记录、测试数据等。
六、任务时间为期一个学期，具体时间安排请参照所在学院的教学计划。
七、评分标准根据设计报告、实物演示和口头讲解的质量进行评分，具体评分标准请参照所在学院的规定。
八、其他事项本任务书从制定之日起开始执行，任务完成后需将设计报告和实物交给指导老师，等待评审结果。
如有违反任务规定或学术不端行为，将按照学院相关规定追究学术责任。
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任务书填写要求
1．毕业设计任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经学
生所在学院的负责人审查、负责人签字后生效。此任务书应在毕业设
计开始前一周内填好并发给学生；
2．任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电
子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，不得随便涂改或潦
草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴；
3．任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计完成的情况相一致，
若有变更，应当经过所在专业及学院领导审批后方可重新填写；
4．任务书内有关“学院”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，
不能写数字代码。学生的“学号”要写全号（如0201140102,为10位
数），不能只写最后2位或1位数字；
5．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数
据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律
用阿拉伯数字书写。如“2004年3月15日”或“2004-03-15”。
毕 业 设 计 任 务 书
1．毕业设计课题的任务和要求：
两轮自平衡车结合了两轮同轴、独立驱动、悬架结构和倒立摆模型的自平衡原理，
其核心是自平衡控制系统。本课题的任务和要求如下：
（1）学习理解两轮平衡车的结构和自平衡原理。
（2）学习单片机应用开发技术。
（3）对两轮平衡车的控制系统进行设计，绘制出原理电路图，并编写出主要控制程
序。
2．毕业设计课题的具体工作内容（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：
（1）学习并掌握两轮平衡车的基本结构，了解自平衡原理。
（2）对两轮平衡车的控制系统进行设计，绘制出原理电路图。
（3）学习单片机应用开发技术，编写出主要控制程序。
（4）外文资料翻译。
（5）撰写毕业设计说明书。
毕 业 设 计 任 务 书
3．对毕业设计课题成果的要求〔包括毕业设计、图纸、实物样品等)：
（1）外文翻译资料一份
（2）电路原理图
（3）毕业设计说明书一份
4．毕业设计课题工作进度计划：
起 迄 日 期 工 作 内 容
2016年 2月29日 ~ 4月1日 4月1 日 ~ 4月30日 4月30日 ~ 5月20日 5月20日 ~ 6月10日
查找相关资料，完成开题报告；
熟悉与课题相关的软硬件环境；
完成有关项目的设计；
撰写完成毕业设计说明书，参加毕业答辩。
学生所在学院审查意见：
负责人：
年 月 日