【正文】 ................................................................. 58 參考文獻 .............................................................................................................. 59 一、 緒論 ： 隨著國 民生活 質(zhì)量的提高 、國 內(nèi)高新技術的發(fā)展，特別是嵌入式技術和機器人技術的發(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。 機械工程學院畢業(yè)設計 （論文） 題 目： 基于視覺導航兩輪平衡車 的 設計 專 業(yè)： 機械電子工程 班 級： 11 機械電子工程 113班 姓 名： 程 偉 學 號： 2206110103 指導教師： 姚 智 華 日 期： 基于視覺導航兩輪平衡車的設計 摘 要： 本論文 旨在研制一種 單 軸雙輪平衡車并實現(xiàn) 視覺導航 輔助駕駛 。 為此， 本論文研究一種 單 軸雙輪平衡代步車以及視覺導航技術實現(xiàn)輔助駕駛。 現(xiàn)狀 分析： 國外 現(xiàn)狀： 20xx年 ，沒過 Lego 公司設計了 Legway。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。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 。 車道偏離報警和車速限制識別系統(tǒng) ：在車速監(jiān)控中，計算機根據(jù)攝像數(shù)據(jù)提供路邊限速標志的圖像。 電機 控制 技術 PWM和算法 PID的研究 和在 平衡車系統(tǒng)中 的應用 。 人機 接口及調(diào)試接 口調(diào)試 軟件設計 ： 包括輸入輸出設備（按鍵 、 TFT 液晶等）和 PC 上位機軟件設計。主要設計 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、編碼器等外圍設備供電。阻容 復位可以再系統(tǒng)上電的時候自動復位 MCU， 同時在系統(tǒng) 死機 或者想要系統(tǒng)重新啟動的時候可以 按下 復位按鍵 使 系統(tǒng)復位。 JTAG 標準定義了一個串行的移位寄存器。 同時 內(nèi)部使用MOS管設計，導通電阻 小 ，導通電流大。 /sec (dps)，可準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。 5%或 177。 此視覺 導航平衡車系統(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航模塊等 。對于 復雜 的控制算法具有很好的運算性能 。具體的配置如下： FTM0MODE |= FTM_MODE_WPDIS_MASK。 FTM0CONTROLS[0].CnSC |= (FTM_CnSC_MSB_MASK|FTM_CnSC_ELSB_MASK)。 FTM0CONTROLS[2].CnSC |= (FTM_CnSC_MSB_MASK|FTM_CnSC_ELSB_MASK)。 FTM0CONTROLS[1].CnV = (((FTM0MOD)*(PWMDuty))/1000)。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。 i2c_writeaddr(I2C_Moudle, ADDRESS, MPU6050_PWR_MGMT_2, 0x00)。周期中斷定時器配置如下 ： SIMSCGC6 |= SIM_SCGC6_PIT_MASK。 NVIC_EnableIRQ(PIT1_IRQn)。break。 F = mgsinθ ? macosθ ≈ mgθ ?????1θ 因此 總結(jié)出，在整個系統(tǒng)中， 角度 即為系統(tǒng)增益，角速度即為系統(tǒng)阻尼，通過對角度和角速度的偏差的比例和微分控制既可以達到平衡。 低通濾波 (Lowpass filter) 是一種過濾方式，規(guī)則為低頻信號能正常通過，而超過設定臨界值的高頻信號則被阻隔、減弱。高通濾波是低通濾波的對立。 GYRO_X = cos(i) + 5*(1+(1(1))*rand(1))。k39。 ACCEL_Z = sin(i) + 5*(1+(1(1))*rand(1))。 angle= * (angle + angle_dot * dt) + * ACCEL_Z。 void Complement_Filter(float angle_m_cf,float gyro_m_cf) { bias_cf*=。 Upright_M = Kp_ang * angle。 } 同樣 ，我們的平衡控制算法在姿態(tài)估計算法之后必須立即執(zhí)行 ， 并保證精確的執(zhí)行 頻率 。 正交解碼：正交解碼的 A 相（ QEA）和 B 相（ QEB）這兩個通道間的關系是惟一的。 SIMSCGC6 |= SIM_SCGC6_FTM1_MASK。 FTM2MODE |= FTM_MODE_FTMEN_MASK。 FTM2SC |= FTM_SC_CLKS(3)。 PID調(diào)節(jié)器： PID調(diào)節(jié)器是通過 輸入 e(t)的 比例（ proportion）、積分（ integration）、微分（ differentiation） 控制輸出 u(t)。在一般的控制系統(tǒng)中有時調(diào)節(jié)過程會出現(xiàn)震蕩，原因是存在較大的滯后性的慣性環(huán)節(jié)，微分控制具有 超前性，可以抑制系統(tǒng)震蕩。ki=。c_2=0。 y(k)=den(2)*y_1den(3)*y_2+num(2)*c_1+num(3)*c_2。 y_1=y(k)。 grid on。ki=。 單位正弦信號 kp=80。//低通濾波 current_error = (speed * car_start) speed_mersure。 PWM_R = (int)(moto_start*Upright_M*moto_start*1 ((speed_M_error*Speed_Cycle)/SPEED_CYCLE + speed_M_old)*car_start_flag*0 )。 //采集行數(shù) unsigned char Line_coll_flag = 0。 } V_Cnt++。Line_coll[0]。 } 轉(zhuǎn)向控制： 對于平衡車的轉(zhuǎn) 向控制，我們只需要在平衡控制、速度控制的基礎上疊加上轉(zhuǎn)向控制即可。 Direction_M_error = Direction_M Direction_M_old。 在此次畢業(yè)設計中，對我大學四年所學知識可謂是一個大檢查，同樣也考察了我自學的能力和查找資料的能里，本次論文有許多是課本上的知識，我將課本上的知識運用與實踐中，這是我所學知識的體現(xiàn)，同時本次論文也有很多知識 是我沒有涉及到的，這就考察了我自學的能力了，我花費了大量的時間弄懂了這些問題并付出行動加以實踐掌握了這些知識。 我相信在大學的四年內(nèi)，我們被培養(yǎng)的不止是知識，更重要的是學習的能力，我相信我沒有辜負老師父母的期望。 PWM_R = (int)(moto_start*Upright_M*moto_start*1 ((speed_M_error*Speed_Cycle)/ SPEED_CYCLE + speed_M_old)*car_start_flag*0 + moto_start*((Direction_M_error*Dirction_Cycle)/DIRCTION_CYCLE + Direction_M_old)*0)。同樣的我們需要轉(zhuǎn)向穩(wěn)定、快速、強勁。 NVIC_EnableIRQ(PORTA_IRQn)。 if(*Line_t != 1000) { Line_t++。 //場結(jié)束標志 /****************************************** 行中斷***************************************/ void PORTA_IRQHandler(void) //行中斷服務函數(shù) HREF { if((PORTA_ISFR amp。 對于攝像頭本文采用的是比亞迪公司的 BF3003U 型號的攝像頭，該攝像頭是汽車倒車鏡攝像頭。 speed_M_Integral += Ki_spd*current_error。kd=。 單位階躍信號 kp=80。ki=。 e_1=e(k)。 x(1)=e(k)。y_2=0。 G=tf(50, [, 7, 0])%傳遞函數(shù) Gd=c2d(G, ts, 39。 同時速度采集和速度控制也是需要控制周期的，我們這里采用 100ms 控制一次速度即控制周期為 100ms。 傳遞函數(shù)為： G(s) = ??(??)??(??) = ????[1 + 1???? ? ?? + ????? ??] kp 為比例系數(shù)； TI為積分時間常數(shù)； TD為微分時間常數(shù) . 比例控制： 比例控制是一種簡單的負反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)， 控制器 輸出與輸入誤差成比例關系，因此次比例控制系統(tǒng)的輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。 FTM1CNT = 0。 FTM1QDCTRL |= FTM_QDCTRL_QUADEN_MASK。 FTM2MODE |= FTM_MODE_WPDIS_MASK。如果 A 相落 后 B 相，那么電機的旋轉(zhuǎn)方向則被認為是反向的。平衡車系統(tǒng)需要保持平衡狀態(tài)，因此我們不能控制電機的轉(zhuǎn)速來控制速 度。 // = 微分系數(shù) *角速度 speed_M_error = speed_M speed_M_old。 angle_dot=gyro_m_cfbias_cf。 GYRO_X = cos(i) + 10*(1+(1(1))*rand(1))。 angle= * (angle + angle_dot * dt) + * ACCEL_Z。 hold on end 在 此仿真系統(tǒng)中 陀螺儀給的值為余弦函數(shù) + 5*[1 1]之間的隨機， 加速度的值為正弦函數(shù) +5*[1 1 ]之間的隨機數(shù) ACCEL_Z = sin(i) + (1+(1(1))*rand(1))。 angle= * (angle + angle_dot * dt) + * ACCEL_Z。 clc。它有的時候也被叫做高頻去除過濾（ highcut filter）或者最高去除過濾（ treblecut filter)。 對于基于 視覺兩輪 平衡車 而言， 我 們通過加速度計和陀螺儀 MPU6050 采集 到原始 姿態(tài) 值 ，但是加速度計對車體的加速度比較 敏感，取瞬時值計算傾角誤差比 較大；而陀螺儀積分得到的角度不受小車加速度的影響，但是隨著時間的增加積分漂移和溫度漂移帶來的誤差比較大。 對 此系統(tǒng) 建立 動力學數(shù)學模型 ，可以 看出此系統(tǒng)是一個倒立的重力場系統(tǒng)。 簡單 的任務切換程序如下： void PIT0_IRQHandler(void) { PITCHANNEL[0].TFLG |= PIT_TFLG_TIF_MASK。= ~PIT_MCR_MDIS_MASK。 i2c_writeaddr(I2C_Moudle, ADDRESS, MPU6050_GYRO_CONFIG, 0x08)。具體的配置如下： 配置 I2C： SIM_SCGC4 |= SIM_SCGC4_I2C0_MASK。 FTM0CONTROLS[3].CnV = (((FTM0MOD)*(PWMDuty)