轮双自平衡小车项目设计报告本科论文.doc

电子与信息工程学院 项 目 设 计 报 告 项目名称 双轮自平衡小车设计 专 业 电子信息科学与技术 目录 一 自平衡小车的总体方案设计 3 1、自平衡小车的设计方案 3 2、自平衡小车的总体框图 3 二 系统的具体设计与实现 4 1、单片机控制模块 4 2、陀螺仪加速度计模块 4 3、光码盘测速模块 6 4、稳压模块 7 5、电机驱动模块 8 6、LCD1602显示模块 11 三 软件系统设计 16 1、设计思想 16 （1）PID技术 16 （2）应用现状 16 （3）PID调节规律 17 （4）极点配置 18 （5）极点配置条件 18 （6）极点配置控制器 21 2、程序流程图 22 3、程序代码 23 摘 要 随着科技进步，生活水平的提高，人们追求智能与舒适的愿望也日益强烈。从而催生了许多智能化的产品。如智能电视、智能小车等。如何实现小车的小车的自动快捷驾驶，也成为人们心中的向往与疑问，基于这种趋势与需求，着眼于实际情况。本文介绍了基于STC90C51单片机的自平衡小车系统的设计。系统基于陀螺仪等传感器，利用PID平衡算法，对小车的速度倾斜角度平衡状态来进行检测，并通过单片机来控制电机来实现双轮小车自如平衡地运动。从而实现小车智能自主控制的目的。 关键词： STC90C51 自平衡 PID算法 一 自平衡小车的总体方案设计 1、自平衡小车的设计方案 该自平衡小车，采用STC90C51单片机和各种传感器的组合，构成了自平衡小车系统。其系统主要由以下几个部分组成：单片机控制系统、陀螺仪加速度检测模块、光码盘测速模块、稳压模块、电机驱动模块、LCD1602显示模块组成。本设计的自平衡小车工作原理：给小车通电，平衡放在地上，当小车开始倾斜时，陀螺仪及时地采集的小车倾斜角度数据传给单片机，而加速度计将车子倾斜的瞬时加速度采集后也传给单片机，同时，光码测速仪也将车子的实时速度采集后传给单片机。单片机系统收集到以上三组数据，对数据进行量化处理后，在PID平衡算法的控制下，控制电机及时地做出前进或后退或加速或减速的反应，使车子在一个小角度范围内做平衡地来回摆动，以保持车子的不倒。 2、自平衡小车的总体框图 自平衡小车主要由以下模块组成：单片机控制系统、陀螺仪加速度检测模块、光码盘测速模块、稳压模块、电机驱动模块、LCD1602显示模块，以下是自平衡小车系统方框图。 自平衡小车系统框图 二 系统的具体设计与实现 1、单片机控制模块 单片机最小系统原理图如下： 单片机最小系统 单片机最小系统由复位电路以及晶振电路组成，它是保证单片机能正常工作的最基本条件，在此不作过多介绍。 2、陀螺仪加速度计模块 本设计中所采用的陀螺仪加速度设模块为MPU6050，之所以选择这个模块，是因为其有以下优点： （）集角度测量与加速度测量于一体 （2）其那同时测量三轴上的角度与加速度测量 （3）其输出为数字信号，便于处理于存储与传输 （4）测量范围大，反应快。 以下是MPU6050相关资料 MPU-6000为全球首例整合性6轴运动处理组件，相较于多组件方案，免除了组合陀螺仪与加速器时之轴间差的问题，减少了大量的包装空间。MPU-6000整合了3轴陀螺仪、3轴加速器，并含可藉由第二个I2C端口连接其他厂牌之加速器、磁力传感器、或其他传感器的数位运动处理(DMP: Digital Motion Processor)硬件加速引擎，由主要I2C端口以单一数据流的形式，向应用端输出完整的9轴融合演算技术 InvenSense的运动处理资料库，可处理运动感测的复杂数据，降低了运动处理运算对操作系统的负荷，并为应用开发提供架构化的API。 MPU-6000的角速度全格感测范围为±250、±500、±1000与±2000°/sec (dps)，可准确追緃快速与慢速动作，并且，用户可程式控制的加速器全格感测范围为±2g、±4g±8g与±16g。产品传输可透过最高至400kHz的I2C或最高达20MHz的SPI。 MPU-6000可在不同电压下工作，VDD供电电压介为2.5V±5%、3.0V±5%或3.3V±5%，逻辑接口VVDIO供电为1.8V± 5%。MPU-6000的包装尺寸4x4x0.9mm(QFN)，在业界是革命性的尺寸。其他的特征包含内建的温度感测器、包含在运作环境中仅有±1%变动的振荡器。 引脚图