【正文】 制核心。如果一個電路板出了毛病，另一個會立即接管所有的功能，以便讓駕駛者能夠安全地停下。Scgway 共有五個陀螺儀傳感器，其中三個來檢測前、后和左右方向的傾斜，另外兩個傳感器作為冗余，以增加安全性。 20xx年 ，日本早稻田大學(xué) 研制出 了 NXTway。 為了 讓代步車朝著智能化 發(fā)展 ，迫切需求 其 可以輔助駕駛，甚至自動駕駛，為此 我們需要研究機(jī)器視覺及圖像處理方面的理論。 無論 是 因為 何種目的而設(shè)計的機(jī)器人都是朝著人民 生活 水平不對安提高的層次進(jìn)行，為此一種兩輪平衡代步車的概念被提出。 關(guān)鍵字 ： 平衡車 陀螺儀 加速度 計 互補(bǔ) 濾波 PID CMOS 目錄 一、緒論： ............................................................................................................ 4 ： .............................................................................................. 4 ： .............................................................................................. 4 ： .............................................................................................. 4 ： ................................................................................... 4 ： ................................................................................... 6 ： .............................................................................. 8 二、整體方案設(shè)計： ............................................................................................ 8 ： .............................................................................................. 9 ： ............................................................................................ 10 ： ................................................................................. 10 ： ......................................................................... 11 電源設(shè)計： ........................................................................ 12 JTAG 電 路設(shè)計： ....................................................... 13 ： ......................................................... 14 ： ..................................................... 17 ： .......................................................... 20 ： ............................................................................................ 22 需要使用的資源配置： .................................................... 22 （ Pulse Width Modulation）輸出模塊： ......................... 23 ： ..................................................... 25 ： ............................................................. 27 平衡控制模塊： ............................................. 28 ： ..................................................... 39 ： .............................. 49 ： ................................................ 54 三、總結(jié)與致謝： .............................................................................................. 58 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................. 59 一、 緒論 ： 隨著國 民生活 質(zhì)量的提高 、國 內(nèi)高新技術(shù)的發(fā)展，特別是嵌入式技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展 ， 人民迫切 希望 更加智能 更加 方便的交通工具 得到 發(fā)明。 對于 姿態(tài)監(jiān)測，單獨(dú)使用角速度傳感器（陀螺儀）或者加速度傳感器 都是 不能 提供 有效的信息保持車體直立， 本論文 基于互補(bǔ)濾波通過 角速度 傳感器和加速度傳感器進(jìn)行 角度 融合，補(bǔ)償陀螺儀漂移和加速度傳感器動態(tài)噪聲 ， 估計最優(yōu) 俯仰 狀態(tài) 。 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 （論文） 題 目： 基于視覺導(dǎo)航兩輪平衡車 的 設(shè)計 專 業(yè)： 機(jī)械電子工程 班 級： 11 機(jī)械電子工程 113班 姓 名： 程 偉 學(xué) 號： 2206110103 指導(dǎo)教師： 姚 智 華 日 期： 基于視覺導(dǎo)航兩輪平衡車的設(shè)計 摘 要： 本論文 旨在研制一種 單 軸雙輪平衡車并實現(xiàn) 視覺導(dǎo)航 輔助駕駛 。 對于車 體 的 直立控制、 速度 控制 和 方向控制 ， 我們都要求準(zhǔn)確 性、 穩(wěn)定性、強(qiáng)勁性 等 特點，應(yīng)用最普遍的就是 PID算法 。 為此， 本論文研究一種 單 軸雙輪平衡代步車以及視覺導(dǎo)航技術(shù)實現(xiàn)輔助駕駛。 研究 意義： 兩輪 代步車是一個 多變量 、非線性的復(fù)雜不穩(wěn)定系統(tǒng)。 現(xiàn)狀 分析： 國外 現(xiàn)狀： 20xx年 ，沒過 Lego 公司設(shè)計了 Legway。 20xx年，美國 Segway公司開發(fā)了世界上第一部能夠自平衡的兩輪電動車。傳感器收集的信息被傳送到主控芯片，它由兩個電子控制器電路板構(gòu)成。在最高層次，主控芯片運(yùn)行“直覺軟件”控制 Segway，軟件會實時分析所有信息，調(diào)整電動機(jī)的速度。車體傾斜角度檢測采用 AD公司推出的雙軸加速度傳感器 ADXL202及反射式紅外線距離傳感器 ?；谶@些完備而可靠的硬件設(shè)計，使用了一套獨(dú)特的軟件算法，實現(xiàn)了該系統(tǒng)的平衡控制。 車道偏離報警和車速限制識別系統(tǒng) ：在車速監(jiān)控中，計算機(jī)根據(jù)攝像數(shù)據(jù)提供路邊限速標(biāo)志的圖像。 車道偏離報警系統(tǒng)用攝像機(jī)不斷地采集著道路標(biāo)線。 電機(jī) 控制 技術(shù) PWM和算法 PID的研究 和在 平衡車系統(tǒng)中 的應(yīng)用 。 CMOS攝像頭在視覺導(dǎo)航中的使用及研究。 人機(jī) 接口及調(diào)試接 口調(diào)試 軟件設(shè)計 ： 包括輸入輸出設(shè)備（按鍵 、 TFT 液晶等）和 PC 上位機(jī)軟件設(shè)計。 對于 速度系統(tǒng)，我們需要對系統(tǒng)的速度進(jìn)行測量并精確控制系統(tǒng)的速度 ， 實際上是調(diào)節(jié)系統(tǒng)的姿態(tài)實現(xiàn)速度控制，最后還是演變?yōu)橥ㄟ^控制電機(jī)實現(xiàn)控制速度。主要設(shè)計 如下： 采用 穩(wěn)壓芯片 LM2940將 24V電源電壓穩(wěn)壓至 5V，給攝像頭、編碼器等外圍設(shè)備供電。是飛思卡爾公司 專業(yè) 汽車電子嵌入式 MCU。阻容 復(fù)位可以再系統(tǒng)上電的時候自動復(fù)位 MCU， 同時在系統(tǒng) 死機(jī) 或者想要系統(tǒng)重新啟動的時候可以 按下 復(fù)位按鍵 使 系統(tǒng)復(fù)位。 晶體 電路設(shè)計： MK60FX512VLQ15 MCU 時鐘電路包括兩部分，一個是芯片的主晶振 給 PLL提供時鐘 ，用于產(chǎn)生芯片和外設(shè)所需要的工作時鐘；另外一個是實時時鐘 RTC 的時鐘 電路，實時時鐘（ RTCReal Time Clock）提供一套計數(shù)器在系統(tǒng)上電和關(guān)閉操作時對時間進(jìn)行測量 需要主晶體，因此電路設(shè)計如下： MK60FX512VLQ15 MCU 時鐘系統(tǒng)如下： 調(diào)試 接口 JTAG電路設(shè)計： MK60FX512VLQ15 MCU 使用的是 ARM CortexM4F內(nèi)核，該內(nèi)核內(nèi)部集成了聯(lián)合測試行為組織 JTAG 接口，通過 JTAG 接口可以實現(xiàn)程序下載和調(diào)試功能。 JTAG 標(biāo)準(zhǔn)定義了一個串行的移位寄存器。 TRST—— 測試復(fù)位，輸入引腳，低電平有效。 同時 內(nèi)部使用MOS管設(shè)計，導(dǎo)通電阻 小 ，導(dǎo)通電流大。 250、177。 /sec (dps)，可準(zhǔn)確追蹤快速與慢速動作，并且，用戶可程式控制的加速器全格感測范圍為177。 16g。 5%或 177。 其他的特征包含內(nèi)建的溫度感測器、包含在運(yùn)作環(huán)境中僅有177。 此視覺 導(dǎo)航平衡車系統(tǒng)采用 比亞迪 公司的 CMOS攝像頭 BF3003U， 比亞迪 公司提供各類 CMOS， CCD圖像處理解決方案，產(chǎn)品涉及手機(jī)攝像頭模組，筆記本攝像頭模組，安防攝像頭，車載攝像頭及光電導(dǎo)航模塊等 。IAR Enbedded Workbench for arm 適用于 嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計、開發(fā)和測試的每一個階段， IAR Enbedded Workbench for arm 含有 很多模塊， 包括：帶有 C/C++編譯器和調(diào)試器的集成開發(fā)環(huán)境 (IDE)、實時操作系統(tǒng)和中間件、開發(fā)套件、硬件仿真器以及狀態(tài)機(jī)建模工具。對于 復(fù)雜 的控制算法具有很好的運(yùn)算性能 。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，即可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。具體的配置如下： FTM0MODE |= FTM_MODE_WPDIS_MASK。= ~FTM_QDCTRL_QUADEN_MASK。 FTM0CONTROLS[0].CnSC |= (FTM_CnSC_MSB_MASK|FTM_CnSC_ELSB_MASK)。= ~FTM_COMBINE_DECAPEN0_MASK。 FTM0CONTROLS[2].CnSC |= (FTM_CnSC_MSB_MASK|FTM_CnSC_ELSB_MASK)。= ~FTM_COMBINE_DECAPEN1_MASK。 FTM0CONTROLS[1].CnV = (((FTM0MOD)*(PWMDuty))/1000)。 I2C（ Inter－ Integrated Circuit）總線是由 PHILIPS 公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。通過串行數(shù)據(jù)（ SDA）線和串行時鐘 （ SCL）線在連接到總線的器件間傳遞信息。 PORTB_PCR3 = PORT_PCR_MUX(2)。 i2c_writeaddr(I2C_Moudle, ADDRESS, MPU6050_PWR_MGMT_2, 0x00)。 讀取 姿態(tài)數(shù)據(jù)： ACCEL_Z = ((int16)i2c_readaddr(I2C_Moudle ,ADDRESS, ACCEL_ZOUT) 8) |(int16)i2c_readaddr(I2C_Moudle, ADDRESS,