【正文】 信息工程系 目 錄前言 1第1章 緒論 2 設(shè)計的依據(jù)與意義 2 國內(nèi)外同類設(shè)計的概況綜述 3 設(shè)計要求與內(nèi)容 3第2章 總體硬件方案設(shè)計 5 總體分析 5 總體方案設(shè)計 5 方案框圖 7第3章 單元模塊設(shè)計 8 姿態(tài)檢測模塊 8 單片機控制單元模塊電路 14 電機驅(qū)動模塊 19 串行通信模塊 21 電源管理模塊 24結(jié)論 26參考文獻 27致謝 28附錄 29長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設(shè)計(論文) 信息工程系 前 言自平衡車自動平衡運作原理主要是建立在一種被稱為“動態(tài)穩(wěn)定”（DynamicStabilization）的基本原理上，也就是車輛本身的自動平衡能力。長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設(shè)計(論文) 信息工程系 摘 要雙輪自平衡車是一個高度不穩(wěn)定兩輪機器人，是一種多變量、非線性、絕對不穩(wěn)定的系統(tǒng)，需要在完成平衡控制的同時實現(xiàn)直立行走等任務因其既有理論意義又有實用價值，雙輪自平衡小車的研究在最近十年引起了大量機器人技術(shù)實驗室的廣泛關(guān)注。以內(nèi)置的精密固態(tài)陀螺儀（SolidState Gyroscopes）來判斷車身所處的姿勢狀態(tài)。 第1章 緒論 設(shè)計的依據(jù)與意義雙輪自平衡小車屬于一種簡單的輪式機器人。研究人員通過陀螺儀和光電編碼器測量的數(shù)據(jù)，用線性狀態(tài)反饋控制器來控制整個系統(tǒng)的平衡穩(wěn)定。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。并能達到以下要求：，傾角范圍 177。該系統(tǒng)主要實現(xiàn) 3 個部分：第一是小車的硬件設(shè)計，一個好的硬件構(gòu)架可以減少不必要的調(diào)試麻煩；第二是平衡信號檢測處理，要求傳感器檢測系統(tǒng)要能快速檢測到傾斜信號，保證小車靜止平衡和傾斜情況之后的調(diào)節(jié)能力；第三是單片機通過對檢測到的信號進行分析處理，通過相應的 C 語言程序來實現(xiàn)。 總體方案設(shè)計經(jīng)過以上的分析，系統(tǒng)的輸入輸出包括：（1）AD 轉(zhuǎn)換接口（至少 4 路）陀螺儀：一路，測量陀螺儀輸出電壓。根據(jù)實驗室的資源以及查詢資料確定本次設(shè)計的方案為：姿態(tài)檢測模塊：采用 BMA180 加速度傳感器，ITG3205 三軸數(shù)字陀螺儀來獲取小車的姿態(tài)。而且，旋轉(zhuǎn)物體在橫向傾斜時，重力會向增加傾斜的方向作用，而軸則向垂直方向運動，就產(chǎn)生了搖頭的運動也就是歲差運動。當運動物體出現(xiàn)變速運動而產(chǎn)生加速度時，其內(nèi)部的電極位置發(fā)生變化，就會反映到電容值的變化（ΔC），該電容差值會傳送給一顆接口芯片（InteRFaceChip）并由其輸出電壓值。因此，對兩者的采樣的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)融合，取長補短，用加速度傳感器長時間穩(wěn)定的特性，彌補陀螺儀的零點漂移及 A/D 采樣值單調(diào)性誤差積累增長。 芯片 ITG3205 應用介紹ITG3205 是世界第一個單芯片數(shù)字輸出 3 軸陀螺儀，廣泛應用在游戲，3D 鼠標，3D 遙控等領(lǐng)域。兩線――串行數(shù)據(jù)（SDA）和串行時鐘（SCL）線在連接到總線的器件間傳遞信息。在傳輸數(shù)據(jù)的時候，SDA 必須在時鐘的高電平周期保持穩(wěn)定，SDA 的高或低電平狀態(tài)只有在 SCL 線的時鐘信號是低電平時才能改變 。AVR 的單片機可以廣泛應用于計算機外部設(shè)備、工業(yè)實時控制、儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等各個領(lǐng)域。C 可保存 100 年具有獨立鎖定為的可選 Boot 代碼段真正的同時讀寫操作（四）外設(shè)特點兩個 8 位定時器/計數(shù)器具有獨立預分頻器和比較模式 一個 16 位定時器/計數(shù)器具有獨立預分頻器，比較模式，捕捉模式 具有獨立振蕩器的實時計數(shù)器 6 個 PWM 通道 8 通道 10 位 ADC 6 通道 10 位 ADC 可編程串行 USART 主/從 SPI 串行接口 面向字節(jié)的 2 線串行接口（飛利浦 I2C 兼容） 具有獨立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器 片內(nèi)模擬比較器 1中斷和喚醒引腳電平變化 （五）單片機的特殊功能上電復位和可編程欠壓檢測 內(nèi)部校準振蕩器 外部和內(nèi)部中斷源 5 種睡眠模式：空閑模式，ADC 降噪，省電，待機，并延長待機。使用低價格的微處理控制器(ATMEGA128 或 ATmega328)。應用方面，利用 Arduino，突破以往只能使用鼠標，鍵盤，CCD 等輸入的裝置的互動內(nèi)容，可以更簡單地達成單人或多人游戲互動。結(jié)合實際應用,選擇了 Freescale 的 MC33886 電機驅(qū)動芯片,作為一個單片電路 H 橋,是理想的功率分流直流馬達和雙向推力電磁鐵控制器。編碼器以轉(zhuǎn)動時輸出脈沖，通過計數(shù)設(shè)備來知道其位置，當編碼器不動或停電時，依靠計數(shù)設(shè)備的內(nèi)部記憶來記住位置。RS232C標準的全稱是 EIARS232C 標準，該標準對串行通信的連接電纜和機械、電氣特性、信號功能以及傳輸過程都進行了明確的規(guī)定，適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在 020kb/s范圍內(nèi)的通信。如果去掉握手信號，最少使用 3 根線即可實現(xiàn)正常的串口通信。其主要用于以下三個方面：1. 采用穩(wěn)壓芯片 將電源電壓穩(wěn)壓到 5V 后，給單片機系統(tǒng)電路、MAX232 電平轉(zhuǎn)換芯片，電機轉(zhuǎn)速檢測的旋轉(zhuǎn)編碼器電路和驅(qū)動芯片供電。因此系統(tǒng)的設(shè)計關(guān)鍵是如何準確獲得小車的姿態(tài)，以及如何控制電機轉(zhuǎn)動。 參 考 文 獻［1］ 邵貝貝．單片機嵌入式應用的在線開發(fā)方法［M］.北京：清華大學出版社，2004［2］ 譚浩強．C 程序設(shè)計［M］.：清華大學出版社,2005 ［3］ 王效杰．基于變結(jié)構(gòu)控制的兩輪自平衡小車系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)［D］.西安：西安電子科技大學，2006 ［4］ 秦劍．兩輪平衡車的制作［J］.,01 ［5］ 李凡紅. 兩輪自平衡小車系統(tǒng)［D］.北京:北京交通大學,2010 ［6］ 梁文宇,周惠興,［J］.,02［7］ sp2 原理圖與 PCB 設(shè)計［M］．北京:電子工業(yè)出版社,2007 ［8］ 馬潮．高檔 8 位單片機 ATmega128 原理與開發(fā)應用指南［M］. 北京:北京航空航天大學出版社,2006 ［9］ 朱世鴻．微機系統(tǒng)和接口應用技術(shù)［M］.北京：清華大學出版社，2006 ［10］ 沙占友,孟志永,王彥鵬．單片機外圍電路設(shè)計［M］.：電子工業(yè)出版社，2006 [11] Jonathan Oxeramp。更感謝我的家人始終給予我的不懈支持和鼓勵。感謝在設(shè)計過程中幫助過我的各位同學，尤其是本組的同學，在遇到不懂的問題時，他們總是毫無保留地把他們所知道的告訴我，在設(shè)計過程中，大家共同學習共同進步的日子是我最享受的日子。由于時間和個人水平的限制，仍有許多地方需要完善。 圖 314 GM1117模塊圖 電源管理模塊原理圖圖 315 電源管理模塊圖 結(jié) 論本文基于 ATMEL 公司的 8 位微處理器 Atmega 328P 為控制核心，設(shè)計了能實現(xiàn)自平衡的雙輪智能車硬件系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)各部分正常 工作的需要，本系統(tǒng)輸出電壓值分為 伏、5 伏和 9 伏三個檔。由于其與 TTL 等數(shù)字電路的邏輯電平不兼容，因此二者之間的連接必須使用電平轉(zhuǎn)換。串行通信有很多種，目前較常用的有 RS23RS422 和 RS485，根據(jù)本設(shè)計的實際情況，RS232 串行通信可以滿足要求，232 電平與 TTL 電平的轉(zhuǎn)換使用已廣泛使用且效