【正文】 ，模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，提高控制系統(tǒng)性能。(2)研究機(jī)械機(jī)構(gòu)對(duì)兩輪自平衡車的控制的影響。因此車模控制所需要的角度和角速度可以使用陀螺儀所得到的信號(hào)。由圖可看出該濾波器的輸入有兩個(gè)數(shù)據(jù)，一是加速度計(jì)測得的角度，二是陀螺儀測得的角速度，兩者經(jīng)過一定的融合運(yùn)算后得出一個(gè)穩(wěn)定可靠的傾角。根據(jù)奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)可知系統(tǒng)不穩(wěn)定，因此小車在靜止?fàn)顟B(tài)不能保持平衡[9]。從中可以了解和評(píng)估IAR的功能和使用方法。Embedded這樣做可以減少各模塊之間的相互干擾，另外為了進(jìn)一步減小單片機(jī)的5V電源噪聲，可以單獨(dú)使用一個(gè)5V的穩(wěn)壓芯片，與其它接口電路分開[7]。為了電源穩(wěn)定，MCU 內(nèi)部包含多組電源電路，同時(shí)給出多處電源引出腳，便于外 接濾波電容。但是無刷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，而且在本設(shè)計(jì)中小車為實(shí)驗(yàn)性質(zhì)，車身較小，市面上很難找到大小合適的直流無刷電機(jī)。該系列提供高達(dá)180MHz的性能和IEEE1588以太網(wǎng)MAC，用于工業(yè)自動(dòng)化環(huán)境中的精確的、實(shí)時(shí)的時(shí)間控制。而一般人通過簡單訓(xùn)練就可以讓一根直木棍在手指尖保持直立不倒。關(guān)鍵詞：兩輪自平衡 陀螺儀 姿態(tài)檢測 卡爾曼濾波 數(shù)據(jù)融合目 錄1 課程設(shè)計(jì)目的 12 設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求 1 設(shè)計(jì)要求 1 研究意義 1 研究內(nèi)容 23 設(shè)計(jì)方案及實(shí)現(xiàn)情況 2 兩輪平衡車的平衡原理 2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 3 系統(tǒng)最終方案 6 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 9 電路調(diào)試 164 課程設(shè)計(jì)總結(jié) 18參 考 文 獻(xiàn) 19附 錄 20致 謝 211 課程設(shè)計(jì)目的（1）掌握嵌入式系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)流程；（2）學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，掌握相關(guān)IDE開發(fā)環(huán)境的使用方法；（3）掌握ARM的應(yīng)用；（4）學(xué)習(xí)掌握嵌入式系設(shè)計(jì)的全過程；2 設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求 設(shè)計(jì)要求（1）學(xué)習(xí)掌握基于ARM CortexM4內(nèi)核的Kinetis K60系列單片機(jī)的工作原理及應(yīng)用；（2）學(xué)習(xí)掌握加速度計(jì)、陀螺儀的工作原理及應(yīng)用；（3）設(shè)計(jì)基于PID控制的兩輪自平衡車模型系統(tǒng)的工作原理圖及PCB版圖； 研究意義近年來，隨著電子技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，移動(dòng)機(jī)器人的研究不斷深入，成為目前科學(xué)研究最活躍的領(lǐng)域之一，移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用范圍越來越廣泛，面臨的環(huán)境和任務(wù)也越來越復(fù)雜，這就要求移動(dòng)機(jī)器人必須能夠適應(yīng)一些復(fù)雜的環(huán)境和任務(wù)。系統(tǒng)選用飛思卡爾32位單片機(jī)Kinetis K60為控制核心，通過濾波算法實(shí)現(xiàn)車身控制，人機(jī)交互等。3 從性能和價(jià)格上綜合考慮選擇方案一，即用Kinetis K60作為本系統(tǒng)的主控芯片，由于外設(shè)比較簡單，只需要IIC和PWM通道，因此具體型號(hào)定位為K60N512VM100。與加速度傳感器的數(shù)字接口一致，也是通過用SDA和SCL與主控芯片的硬件IIC接口進(jìn)行通訊，其應(yīng)用電路如圖4所示。Kinetis k60是基于ARM CortexM4具有超強(qiáng)可擴(kuò)展性的低功耗、混合信號(hào)微控制器。K60自身具有正交解碼功能，因此這里無需使用任何外圍計(jì)數(shù)輔助器件，只需要將接口連接到單片機(jī)上相應(yīng)的接口即可[3]，接口如圖8所示。ARMIAR中包含一個(gè)全軟件的模擬程序(simulator)。PID控制器具有原理簡單、使用方便、適應(yīng)性強(qiáng)、魯棒性強(qiáng)、對(duì)模型依賴少等特點(diǎn)，因此使用PID控制器實(shí)現(xiàn)兩輪自平衡車的控制是完全可行的。該濾波器的實(shí)現(xiàn)算法如圖15所示。 圖18 實(shí)際測量加速度計(jì)Z軸信號(hào) 陀螺儀測試結(jié)果 在車模上安裝陀螺儀，可以測量車模傾斜角速度，將角速度信號(hào)進(jìn)行積分便可以得到車模的傾角，如圖19所示。本設(shè)計(jì)最終實(shí)現(xiàn)了兩輪自平衡小車的平衡控制及運(yùn)動(dòng)控制。其次，我要感謝孟老師，在畢業(yè)設(shè)計(jì)及平時(shí)的學(xué)習(xí)中遇到困難時(shí)，孟老師總是耐心和我們探討問題，幫助我們解決問題。通過相應(yīng)硬件與軟件的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了兩輪自平衡小車的動(dòng)態(tài)平衡與運(yùn)動(dòng)控制。程序中，第一次計(jì)算Rest直接取值于加速度計(jì)的Racc，即： (式5)此后的Rest(如Rest(1),Rest(2),Rest(3)…Rest(n))則由陀螺儀參與調(diào)整。在反饋環(huán)節(jié)中，與角度成比例的控制量稱為比例控制；與角速度成比例的控制量稱為微分控制（角速度是角度的微分）。反饋理論的要素包括三個(gè)部分：測量、比較和執(zhí)行。公司為ARM 圖9 5V電源模塊 圖10 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 編譯環(huán)境概述嵌入式軟件開發(fā)有別于桌面軟件開發(fā)的一個(gè)顯著的特點(diǎn)，是它一般需要一個(gè)交叉編譯和調(diào)試環(huán)境，即編輯和編譯軟件在通常的PC機(jī)上進(jìn)行，而編譯好的軟件需要通過寫入工具下載到目標(biāo)機(jī)上執(zhí)行，如MK60N512VMD100的目標(biāo)機(jī)上。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路本設(shè)計(jì)中使用直流有刷電機(jī)作為兩輪