【正文】 月 日 學(xué)生簽名： 年 月 日 系（教研室）主任審批 ： 年 月 日 說(shuō)明： 1 本表一式二份，一份由學(xué)生裝訂入附件冊(cè)，一份教師自留 。 V. 常規(guī)可靠性設(shè)計(jì)。根據(jù)相似原理，本設(shè)計(jì)提出一種新的車輛自平衡座椅控制裝置，將車輛行駛或道路對(duì)其所產(chǎn)生的不平 衡狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)甄別，并以此對(duì)座椅進(jìn)行電動(dòng)控制自平衡調(diào)整，以期在惡劣環(huán)境中獲得一個(gè)相對(duì)舒適的駕乘效果。 III. 熟練掌握 MCS51系列單片機(jī)工作原理及應(yīng)用技術(shù)。作為一種交通工具，其各種安全性和人性化的特點(diǎn)已經(jīng)深深融入我們的生活中，與我們的感受息息相關(guān)。 angle adjustment III 目 錄 1 緒論 ................................................................................................... 1 國(guó)內(nèi)外自平衡機(jī)械研究狀況 ...................................... 1 國(guó)內(nèi)外兩輪自平衡電動(dòng)車硏究概況 ................................ 1 本文研究?jī)?nèi)容 .................................................. 2 2 車輛自平衡座椅電動(dòng)控制系統(tǒng)硬件原理 ........................................... 4 自平衡系統(tǒng)研究方案 ............................................ 4 步進(jìn)電機(jī)控制原理 .............................................. 5 步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)述 .............................................. 5 步進(jìn)電機(jī)控制原理 .......................................... 6 串并行控制 ................................................ 7 步進(jìn)電機(jī)脈沖分配 .......................................... 8 硬件電路圖 ............................................... 10 單片機(jī)硬 件原理 ................................................ 10 單片機(jī)功能介紹 ............................................ 10 加速度傳感器 ................................................. 12 鍵盤 ......................................................... 14 顯示部分 ..................................................... 15 3 車輛自平衡座椅電動(dòng)控制系統(tǒng)軟件 .................................................16 主程序設(shè)計(jì) ................................................... 16 C 語(yǔ)言設(shè)計(jì)技巧及優(yōu)點(diǎn) ....................................... 16 系統(tǒng)流程圖 ................................................ 17 系統(tǒng)初始化 ................................................ 18 AD 采樣程序設(shè)計(jì) .............................................. 18 單片機(jī)高速 AD 轉(zhuǎn)換方法 .................................... 18 AD 中斷服務(wù)子程序 ......................................... 20 AD 數(shù)據(jù)處理 ............................................... 21 采樣周期定時(shí)中斷 ......................................... 22 IV 鍵盤子程序 ................................................... 22 電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序 設(shè)計(jì) ............................................. 23 PID 控制算法 .................................................. 24 PID 控制算法概述 ........................................... 24 PID 控制算法系統(tǒng)分類 ....................................... 25 原理特點(diǎn) .................................................. 25 參數(shù)整定 .................................................. 26 預(yù)置調(diào)整 .................................................. 27 4 程序的調(diào)試 ........................................................................................30 KEIL 軟件簡(jiǎn)介 ................................................ 30 調(diào)試步驟 ..................................................... 30 5 總結(jié)與展望 ......................................................................................34 參考文獻(xiàn) ................................................................................................35 致 謝 ....................................................................................................36 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 .........................................................37 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 .............................................................38 附錄 A 硬件電路 ..................................................................................39 附錄 B 源程序清單 ...............................................................................40 V 1 緒論 1 1 緒論 日本是世界上最早研究自平衡機(jī)械的國(guó)家之一。2020 年 ,法國(guó) Valenciennes 大學(xué)研發(fā)出了基于兩輪自平衡機(jī)器人控制概念的兩輪自平衡電動(dòng)車一城市出租車 B2。西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 經(jīng)過(guò)村田制作所研究人員的努力 ,又研制出了獨(dú)輪玩具車 村田婉童 ，其身高也是50cm,體重約為 6Kg,同樣也完成了停而不倒 ,坡道行駛 ,跟隨行走和平衡木行走等高難度動(dòng)作。 Free Mover 采用了 DSP 微處理器 ,型號(hào)為 TMS320LF2407作為中央控制器 。 2020 年 ,呂子民、呂一飛申請(qǐng)了一種兩輪自平衡電動(dòng)車實(shí)用新型專利。 3 車輛自平衡座椅電動(dòng)控制系統(tǒng)硬件原理 4 2 車輛自平衡座椅電動(dòng)控制系統(tǒng)硬件原理 車輛自平衡座椅主要由加速傳感器、單片機(jī)、及電機(jī)等部分組成 。另外，設(shè)計(jì)中加入 3 個(gè)鍵的鍵盤來(lái)控制座椅自平衡調(diào)節(jié)的方式，分別是方式 0 橫縱均自動(dòng)調(diào)節(jié)，方式 1 只是橫向調(diào)節(jié)和方式 2 不調(diào)節(jié)。該磁場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對(duì)磁場(chǎng)方向與定子的磁場(chǎng)方向一致。驅(qū)動(dòng)單元與 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 直接耦合，也可理解成 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 微機(jī)控制器的功率接口。只要對(duì)步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時(shí)序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。 ,八拍運(yùn)行時(shí)步距角為 a=360176。四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。系統(tǒng)從CP 脈沖控制線按電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的要求發(fā)出相應(yīng)周期間隔的脈沖，即可使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。 PMM8713 是日本三洋電機(jī)公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)脈沖分配器。激勵(lì)方式判斷電路用于輸出檢測(cè)；而可逆環(huán)形計(jì)數(shù)器則用于產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)在選定的勵(lì)磁方式下的各相通斷時(shí)序 信號(hào)。內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路 ,2 路 PWM,8 路高速 10位 A/D 轉(zhuǎn)換 (250K/S ，即 25 萬(wàn)次 /秒 ),針對(duì)電機(jī)控制， 強(qiáng) 干擾場(chǎng)合。 性能描述 : ： ， 177。 LED燈分別接在單片機(jī) ， ，,發(fā)光二極管陽(yáng)極接高電平，單片機(jī) IO口輸出低電平，驅(qū)動(dòng)其點(diǎn)亮 。 C 語(yǔ)言允許程序 編寫者有較大的自由度，放寬了語(yǔ)法檢查。 數(shù)據(jù)類型豐富 C 語(yǔ)言的數(shù)據(jù)類 型有：整型、實(shí)型、字符型、數(shù)組類型、指針類型、結(jié)構(gòu)體類型、共用體類型等。生成目標(biāo)代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高 一般只比匯編程序生成的目標(biāo)代碼效率低10 へ 20%。 AD 采樣程序設(shè)計(jì) 單片機(jī)高速 AD 轉(zhuǎn)換方法 P1ASF[7:0] 其中 P1ASF寄存器地址為：[9DH](不能夠進(jìn)行位尋址 ) = 1 A/D使用 = 1 = 1 作為 模擬功能 A/D使用 = 1 = 1 A/D使用 = 1 = 1 A/D使 用 = 1 = 1 A/D使用 = 1 = 1 口作為模擬功能 A/D 使用 = 1 = 1 口作為模擬功能 A/D 使用 = 1 表 模擬功能 AD使用 與 A/D 轉(zhuǎn)換有關(guān)控制位的設(shè)置： （ 1） 對(duì) P1ASF 寄存器的設(shè)置 ： 當(dāng) P1 口中的相應(yīng)位作為 A/D 使用時(shí) ， 需先將P1ASF 中的相應(yīng)位置 “ 1” 則相應(yīng)的口設(shè)置為 模擬功能 。 在A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束之前 ， 不改變?nèi)魏?I/O 口的狀態(tài) ， 有利于高精度 A/D 轉(zhuǎn)換 。 （ 5） 對(duì) AUXR1 寄存器設(shè)置 ： AUXR1 寄存器中的 ADRJ 位是 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器 （ ADC_RES,ADC_RESL） 的數(shù)據(jù)格式調(diào)整控制位 。流程圖如下。 鍵盤子程序 本課題設(shè)計(jì)有三個(gè)模式鍵，用來(lái)人為性的選 擇座椅調(diào)節(jié)方式。流程圖如圖 。智能控制的典型實(shí)例是模糊 全自動(dòng)洗衣機(jī) 等。有利用 PID 控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實(shí)現(xiàn) PID 控制功能的 可編程控制器 (PLC），還有可實(shí)現(xiàn) PID 控制的PC 系統(tǒng)等等。比如人就是一個(gè)具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，眼睛便是傳感器，充當(dāng)反饋，人體系統(tǒng)能通過(guò)不斷的修正最后作出各種正確的動(dòng)作。 PID 控制器問(wèn)世至今已有近 70 年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后（ delay）組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過(guò)工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。 預(yù)置調(diào)整 比例增益 ： 變頻器的 PID 功能是利用目標(biāo)信號(hào)和反饋信號(hào)的差值來(lái)調(diào)節(jié)輸出頻率的，一方面，我們希望目標(biāo)信號(hào)和反饋信號(hào)無(wú)限接近，即差值很小，從而滿足調(diào)節(jié)的精度：另一方面，我們又希望調(diào)節(jié)信號(hào)具有一定的幅度，以保證調(diào)節(jié)的靈