【正文】 相應(yīng)的 C 語(yǔ)言程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。每個(gè)模塊都包括硬件和軟件兩部分。 并能達(dá)到以下要求 ： ， 傾角范圍 177。基于這些完備而可靠的硬件設(shè)計(jì) ， 使用了一套獨(dú)特的軟件算法 ， 實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)的平衡控制。車體傾斜角度檢測(cè)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。小車只需其中的三個(gè)陀螺儀就可以控制整個(gè)系統(tǒng)的平衡 ， 而另外的兩個(gè)則是為安全可靠作為備用。研究人員通過(guò)陀 螺儀和光電編碼器測(cè)量的數(shù)據(jù) ， 用線性狀態(tài)反饋控制器來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)的平衡穩(wěn)定。原理如圖 11 所示 ： 圖 11 動(dòng)態(tài)平衡原理示意圖 因此在運(yùn)動(dòng)中需要利用傳感器檢測(cè)當(dāng)前的姿態(tài) (使用加速度傳感器和陀螺儀進(jìn)行信號(hào)收集 ,并對(duì)兩個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)有效融合和估計(jì) ,用加速度傳感器長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的特性彌補(bǔ)陀螺儀的零點(diǎn)漂移及 A/D 采樣值單調(diào)性誤差積累增長(zhǎng) )， 將當(dāng)前的姿態(tài)信息反饋到單片機(jī) ,然后由 單片機(jī)給出控制信號(hào)來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)以此實(shí)現(xiàn)平衡。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 信息工程系 2 第 1章 緒論 設(shè)計(jì)的依據(jù)與意義 雙輪自平衡小車屬于一種簡(jiǎn)單的輪式機(jī)器人。雙輪自平衡小車作為倒置系統(tǒng)的一種形式 ， 是動(dòng)力學(xué)理論和自動(dòng)控制理論與技術(shù)相結(jié)合的研究項(xiàng)目 ， 為科學(xué) 理論的發(fā)展起到了指導(dǎo)作用， 且由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)靈活以及適合在更小的空間里工作 ， 有著一定的應(yīng)用前景。以內(nèi)置的精密固態(tài)陀螺儀 （ SolidState Gyroscopes） 來(lái) 判斷車身所處的姿勢(shì)狀態(tài) 。所以采用一種簡(jiǎn)易互補(bǔ)濾波方法來(lái)融合陀螺儀和加速度計(jì)的輸出信號(hào) ， 補(bǔ)償陀螺儀的漂移誤差和加速度計(jì)的動(dòng)態(tài)誤差 ， 得到一個(gè)更優(yōu)的傾角近似值。長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 信息工程系 I 摘 要 雙輪自平衡車是一個(gè)高度不穩(wěn)定兩輪機(jī)器人 ， 是一種多變量、非線性、絕對(duì)不穩(wěn)定的系統(tǒng) ， 需要在完成平衡控制的同時(shí)實(shí)現(xiàn)直立行走等任務(wù)因其既有理論意義又有實(shí)用價(jià)值 ， 雙輪 自平衡小車的研究在最近十年引起了大量機(jī)器人技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的廣泛關(guān)注。對(duì)于姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)而言 ， 單獨(dú)使用陀螺儀 或者加速度計(jì) ， 都不能提供有效而可靠的信息來(lái)保證車體的平衡。 關(guān)鍵詞 雙輪自平衡車 模塊設(shè)計(jì) 傳感器 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 信息工程系 II Abstract Twowheeled selfbalanced car is a highly unstable robots, it is a system with Multivariable, nonlinear and absolute instability, it needs to plete the balance control tasks such as walking upright because of both theoretical significance and practical value. Twowheeled selfbalanced car in the last decade has aroused widespread concern in the robotics paper describes the control system hardware design of the wheel balanced car. This program uses ATmega328 as the core controller,base on this increase of various interface circuit board to building the hardware system. Peripheral circuits including the smallest singlechip system, the gesture detection module, the DC drive motor control module, power management module, velocity encoding module and serial debugging module. For the posture monitoring system， the information solely depends on the gyroscope or the accelerometer couldn’t make sure the balance of vehide ． So the signals from the gyroscope and accelerometer were integrated by a simple method of plementary filtering for an optimal angle to pensate the gyroscope drift error and the accelerometer dynamic article first describes the principle of the system program， then described in detail each module how to working out, the final pletion of car models produced and circuit schematics and the PCB the end, according to debug the situation on the whole system changes, the hardware system basically reached the design requirements. Keywords twowheeled selfbalanced car modular design sensor長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 信息工程系 I 目 錄 前言 ................................................................. 1 第 1 章 緒論 ......................................................... 2 設(shè)計(jì)的依據(jù)與意義 .............................................. 2 國(guó)內(nèi)外同類設(shè)計(jì)的概況綜述 ...................................... 3 設(shè)計(jì)要求與內(nèi)容 ................................................ 3 第 2 章 總體硬件方案設(shè)計(jì) ............................................. 5 總體分析 ...................................................... 5 總體方案設(shè)計(jì) .................................................. 5 方案框圖 ...................................................... 7 第 3 章 單元模塊設(shè)計(jì) ................................................. 8 姿態(tài)檢測(cè)模塊 .................................................. 8 單片機(jī)控制單元模塊電路 ....................................... 14 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 ................................................. 19 串行通信模塊 ................................................. 21 電源管理模塊 ................................................. 24 結(jié)論 ................................................................ 26 參考文獻(xiàn) ............................................................ 27 致謝 ................................................................ 28 附錄 ................................................................ 29 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 信息工程系 1 前 言 自平衡車自動(dòng)平衡運(yùn)作原理主要是建立在一種被稱為 “ 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定 ”（ DynamicStabilization） 的基本原理上 ， 也就是車輛本身的自動(dòng)平衡能力。 雙輪自平衡小車是一個(gè)高度不穩(wěn)定兩輪機(jī)器人 ， 是一種多變量、非線性、絕對(duì)不穩(wěn)定的系統(tǒng) ， 且因其運(yùn)動(dòng)環(huán)境復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)學(xué)方程中的非完整約束 ， 所以其控制任務(wù)也具有復(fù)雜性 ， 需要在完成平衡控制的同時(shí)實(shí)現(xiàn)直立行走等任務(wù)因其既有理論意義又有實(shí)用價(jià)值 ， 雙輪自平衡小車 的研究在最近十年引起了大量機(jī)器人技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的廣泛關(guān)注。