雙輪平衡車的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案小車機(jī)器人論文-免費(fèi)閱讀
【正文】 感謝電子 090322 班所有同學(xué)以及我的室友曾經(jīng)給予我的支持和關(guān)懷。如考慮采用 MOS 管驅(qū)動(dòng)電機(jī)獲得更好的加速性能；電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片可采用光耦隔離，減少干擾；由于設(shè)計(jì)的限制，無法在路徑上進(jìn)行電磁檢測(cè)并行駛，所以如果添加相應(yīng)的電磁傳感器和相關(guān)的路徑識(shí)別器件，自平衡小車能夠具有更好的機(jī)動(dòng)性。根據(jù)設(shè)計(jì)目的，系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)知道小車當(dāng)前角度以及時(shí)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來使小車的傾角維持在一定范圍，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡的效果。根據(jù)各部分正常工作的需要，系統(tǒng)電源管理單元選用 9V 3000mAh 的鋰電進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。一般使用中，只需要連接好 TXD、RXD、DSR、RTS、GND5 根線即可正常通信。 RS232 通信協(xié)議（1）RS232C 標(biāo)準(zhǔn)介紹串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)中，RS232C 是目前最常用的一種串行通信接口。編碼器是一種將旋轉(zhuǎn)位移轉(zhuǎn)換成一串?dāng)?shù)字脈沖信號(hào)的旋轉(zhuǎn)式傳感器，先將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號(hào)，編碼器產(chǎn)生電信號(hào)后由數(shù)控制置、控制系統(tǒng)等來處理，轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，這些脈沖能用來控制角位移。兩個(gè)電機(jī)總共需要 4 路 PWM 信號(hào)。支持多種互動(dòng)程序，如：Flash、Max/Msp、VVVV、PD、C、Processing等。特色:開放源代碼的電路圖設(shè)計(jì)，程序開發(fā)接口免費(fèi)下載，也可依需求自己修改。C 可保存 20 年，在 25176。圖 36 控制模塊原理圖 ATmega 328P 應(yīng)用介紹AVR 單片機(jī)是 1997 年由 ATMEL 公司研發(fā)出增強(qiáng)型內(nèi)置 Flash 的 RISC (Reduced Instruction Set CPU) 精簡指令集高速 8 位單片機(jī)。由于連接到 I2C 總線的器件有不同種類的工藝（CMOS、NMOS、PMOS、雙極性），邏輯 0（低）和邏輯 1（高）的電平不是固定的，它由電源 VCC 的相關(guān)電平?jīng)Q定，每傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)位就產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘脈沖。I2C 總線支持任何 IC 生產(chǎn)過程 (NMOS CMOS、雙極性）。 圖 31 BMA180模塊圖微型重力加速度傳感器（檢測(cè) x，y，z 軸上的加速度分量）前后端電路，包括前端放大器和模擬預(yù)分頻電路Multipoxer，多路轉(zhuǎn)接器14 位 A/D 轉(zhuǎn)換器數(shù)字電路部分（負(fù)責(zé)補(bǔ)償控制，校準(zhǔn)，數(shù)字濾波，功率調(diào)節(jié)）中斷信號(hào)產(chǎn)生信號(hào)傳輸電路（I2c /SPI）另外還有電源復(fù)位模塊，時(shí)鐘發(fā)生器等其他模塊。2. 積分會(huì)產(chǎn)生累積誤差，這種誤差會(huì)隨著事件退役而越來越嚴(yán)重，導(dǎo)致數(shù)據(jù)失效。當(dāng)可移動(dòng)的梳齒產(chǎn)生了位移，就會(huì)隨之產(chǎn)生與位移成比例電容值的改變。 模塊工作原理高速旋轉(zhuǎn)的物體的旋轉(zhuǎn)軸，對(duì)于改變其方向的外力作用有趨向于鉛直方向的傾向。由 I/O 接口分布可將控制電路分為以下子模塊：（1） 單片機(jī)最小系統(tǒng)：包括單片機(jī)，程序下載調(diào)試接口等；（2） 陀螺儀與加速度計(jì)：包括兩個(gè)姿態(tài)傳感器信號(hào)放大濾波電路；（3） 電機(jī)驅(qū)動(dòng)：驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī)運(yùn)行電路；（4） 電源：電源電壓轉(zhuǎn)換、穩(wěn)壓、濾波電路；（5） 設(shè)置與調(diào)試：顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、速度設(shè)定、程序下載與監(jiān)控。根據(jù)預(yù)設(shè)要求，設(shè)計(jì)車模控制系統(tǒng)的電路時(shí)，首先需要分析系統(tǒng)的輸入、輸出信號(hào)，然后由事先選定的核心控制嵌入式計(jì)算機(jī)（單片機(jī)）AVR ATMEGA 328P，逐步設(shè)計(jì)各個(gè)電路子模塊，最后形成完整的控制電路。其中包括車身上支架、下平臺(tái)等；第二是硬件電路設(shè)計(jì)，涵蓋包括電源、嵌入式微控制器、傳感器、電機(jī)和控制電路、數(shù)據(jù)通信的綜合系統(tǒng)；第三是平衡控制器模塊，要求自平衡、數(shù)據(jù)采集、手動(dòng)控制裝置等；第四是雙輪平衡車的軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試控制，按既定要求寫出控制程序，解決運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下如何保持車體系統(tǒng)平衡的問題。機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，通過無線通訊模塊與 PC 機(jī)通訊，發(fā)送自身狀態(tài)、接受軌跡指令。哈爾濱工程大學(xué)也有類似的雙輪直立自平衡機(jī)器人，該系統(tǒng)采用兩塊 Cygnal公司推出的單片機(jī)和人機(jī)交互的上位機(jī)作為控制核心。它由車架上方所附的重物模擬實(shí)際車中的駕駛者。本設(shè)計(jì)完成了如下要求：（1）單片機(jī)控制系統(tǒng)電路原理圖的設(shè)計(jì)；（2）控制系統(tǒng)電路印制版的繪制；（3）硬件模塊的連接。關(guān)鍵詞 雙輪自平衡車 模塊設(shè)計(jì) 傳感器 AbstractTwowheeled 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 sensor31長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
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