单片机控制单轴双轮自动平衡小车设计开题报告
基于单片机的自动往返小汽车的设计【开题报告】
开题报告电气工程及其自动化基于单片机的自动往返小汽车的设计一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义随着汽车工业的迅速发展，其与电子信息产业的融合速度也显著提高，汽车开始向电子化、多媒体化和智能化方向发展，使其不仅作为一种代步工具、同时能具有交通、娱乐、办公和通讯等多种功能。
关于汽车的研究也就越来越受人关注。
全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究。
可见其研究意义很大。
本设计就是在这样的背景下提出的，为了适应机电一体化的发展在汽车智能化方向的发展要求，提出简易智能小车的构想，目的在于：通过独立设计并制作一辆具有简单智能化的简易小车，获得项目整体设计的能力，并掌握多通道多样化传感器综合控制的方法。
设计的智能电动小车应该能够具有自动寻迹、小灯显示等功能。
由于单片机教学例子有限，因此，单片机智能车能综合学生课堂上的知识来实践，使学习者更好的了解单片机的发展。
通过此次的单片机寻轨车制作，使学生从理论到实践，初步体会单片机项目的设计、制作、调试和成功完成项目的过程及困难，以此学会用理论联系实际。
通过对实践中出现的不足与学习来补充教学上的盲点。
智能汽车是一种高新技术密集的新型汽车，是在网络环境下利用信息技术、智能控制技术、自动控制、模式识别、传感器技术、汽车电子、电气、计算机和机械等多个学科的最新科技成果，使汽车具有自动识别行驶道路、自动驾驶等先进功能.随着控制技术、计算机技术和信息技术的发展,智能车在工业生产和日常生活中已经扮演了非常重要的角色.近年来，智能车在野外、道路、现代物流及柔性制造系统中都有广泛运用，已成为人工智能领域研究和发展的热点。
二、研究的基本内容。
智能寻迹小车采用后轮驱动，左右后轮各用一个直流减速电机驱动，通过调制后面两个轮子的转速从而达到控制转向的目的在车体前部分别装有左中右三或者两个红外反射式传感器，当小车左边的传感器检测到黑线时，说明小车车头向右边偏移，这时主控芯片控制左轮电机减速，车体向左边修正同理当小车的右边传感器检测到黑线时，主控芯片控制右轮电机减速，车体向右边修正当黑线在车体的中间，中间的传感器一直检测到黑线，这样小车就会沿着黑线一直行走。
智能小车开题报告
[10] 侯丽华. 基于单片机控制的自动往返电动小汽车[J].微计算机信息,2009,20(3):36-37
[11] Bellamine. Design of a remote for rotating machinery using virtualreality and fuzzy pattern matching. [M].Advanced Intelligent Mechatronics,
智能车辆是集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，是智能交通系统的一个重要组成部分。它在军事、民用、太空开发等领域有着广泛的应用前景。本次设计对智能小车的控制系统进行了研究，设计实现一个基于路径规划处理的智能小车控制系统。
无容置疑，机电一体化人才的培养不论是在国外还是国内，都开始重视起来，主要表现在大学生的各种大型的创新比赛，比如：亚洲广播电视联盟亚太地区机器人大赛（ABU ROBCON）、全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛等众多重要竞赛都能很好的培养大学生对于机电一体化的兴趣与强化机电一体化的相关知识。但很现实的状况是，国内不论是在机械还是电气领域，与国外的差距还是很明显的，所以作为机电一体化学生，必须加倍努力，为逐步赶上国外先进水平并超过之而努力。
设计方法
在此次课题中，要实现智能语音小车的基本功能。首先先要了解整个系统的运作方法和程序的编制，并查阅相关资料了解主控模块（SPCE061A）的使用和程序编制，并使其与其他模块共同运作。在硬件方面，构建一个小车模型，并与系统模块搭配，达到最终的目的。
1）小车如何对发出的语音命令进行识别？
麦克风接收语音输入，转换为电压信号，经自动增益放大控制(A G C ) 器调理, 通过ADC 转换为数字量, 在处理器中压缩编码存储到存储器中,作为语音资源; 小车通过语音识别是对使用者输人的语音命令进行记录并与存储的语音模型进行比较匹配, 以确定是输人的何种命令;
双轮自平衡小车小车开题报告(DOC)
Harbin University Of Science And Technology科研训练开题报告两轮自平衡车系统设计学校：哈尔滨理工大学学院：自动化学院专业：电子信息科学与技术班级：电技11-1姓名：邓敏学号：1112020103日期：2014.12.08三、研究方案、技术路线3.1 小车动态平衡的基本原理如下图一所示：图一动态平衡原理图两轮自平衡机器人系统是一个复杂的机电系统，设计两轮自平衡机器人需要设计其机械系统、电系统及软件。
而电系统是包括控制处理器、传感器、执行机构和电源的一个复杂系统。
软件设计需设计机器人的工作流程。
因此要设计一个完整的两轮自平衡机器人系统就需要对这些部分分别进行设计并整合，才能完成两轮自平衡机器人系统的设计。
3.2 两轮自平衡机器人机械系统设计两轮自平衡机器人结构上最显著的特点在于其只有两个轮子，而且这两个轮子要同轴安装分别驱动。
当然，一个完整的两轮自平衡机器人还包括控制处理器、传感器、执行机构、电源等期间。
如何将这些系统部件合理地安装在一起，需要机械结构系统的设计。
这部分的设计由具体安装时根据不同模块的轻重来安排设计，总体上让小车承受的重力基本平衡即可。
3.3 两轮自平衡机器人电系统设计两轮自平衡小车要完成其自平衡的功能，首先需要有其感知器官，感知自身的姿态，例如，倾角、倾角速度等，得到这些信息需要选择一些合适的传感器。
而传感器检测到的信号，需要一个数字处理中心来接收处理，才能成为有用的信息。
因此还需要选择一个嵌入式的处理器。
在嵌入式处理器中，不仅仅要处理来自传感器的信息，还要对这些信息综合分析得出维持机器人平衡的需要采取的措。
基于单片机的智能小车设计-开题报告
运动本设计的重点就是对智能小车的导航控制系统进行了研究。针对智能小车控制系统的非线性和外界环境的不确定性，利用模糊逻辑推理的方法，允许知识边界的不确定性，模拟人类的处理过程来实现智能小车的导航控制。多传感器数据融合结构和方法也是本设计的一个研究重点。结合智能小车的传感系统，提出混合式多传感器数据融合结构。详细介绍了基于模糊理论的分布式一致性数据融合方法，并通过一个简单的目标识别任务的仿真实验，来说明这种方法的有效性。
毕业设计（论文）开题报告
设计（论文）题目
智能小车
毕业设计小组成员
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1பைடு நூலகம்
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选题背景、意义
智能作为现代的新发明，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作，不需要人为的管理，可应用于科学勘探等等的用途。电动智能车就是其中的一个体现。本次设计的简易电动智能车，采用AT89C51单片机作为小车的检测和控制核心；采用反射型光电探测器进行寻迹操作，利用光电传感器检测道路上的障碍，从而把感应到的信号送给单片机，控制电动智能小车的自动避障，并能发出声光信息；随着控制技术及计算机技术的发展，智能车系统将在未来工业生产和日常生活中扮演重要的角色。本文所述智能车寻迹系统采用红外反射式光电管识别路径上的黑线，并以最短的时间完成寻迹。通过加长转臂的舵机驱动前轮转向，使用符合PI算法的控制器实现直流电机的调速。为了使智能车快速、平稳地行驶，系统必须把路径识别、相应的转向伺服电机控制以及直流驱动电机控制准确地结合在一起。本设计结构简单，较容易实现，但具有高度的智能化、人性化，一定程度体现了智能化。
本设计初步拟定的技术含量有：自动循迹功能模块的设计与制作，超声波故障检测模块的设计与制作，小车行程测量模块的设计与制作，单片机小系统外围电路的设计与制作等等。
基于单片机的多功能智能小车的设计【开题报告】
毕业设计开题报告电子信息工程基于单片机的多功能智能小车的设计1选题的背景、意义智能车也叫无人车辆，是一个集环境感知、规划决策和多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统[1]。
它具有道路障碍自动识别、自动报警、自动制动、自动保持安全距离、车速和巡航控制等功能[2]。
这种汽车不需要人去驾驶，人只舒服地坐在车上享受这高科技的成果就行了。
因为这种汽车上装有相当于汽车的“眼睛”、“大脑”和“脚”的电视摄像机、电子计算机和自动操纵系统之类的装置，这些装置都装有非常复杂的电脑程序，所以这种汽车能和人一样会“思考”、“判断”、“行走”，可以自动启动、加速、刹车，可以自动绕过地面障碍物。
在复杂多变的情况下，它的“大脑”能随机应变，自动选择最佳方案，指挥汽车正常、顺利地行驶。
当前，在企业生产技术不断提升、对自动化技术要求不断加深的背景下，智能车以及在智能车基础上开发出来的产品已成为自动化物流运输、柔性生产组织等系统的关键设备。
世界上很多国家都在积极进行智能车的研究和开发设计。
移动机器人是机器人学中的一个重要分支，出现于20世纪60年代。
当时斯坦福研究院SRI的Nils Nilssen和Charles Rosen[3]等人，在1966年至1972年中研制出了取名Shakey的自主式移动机器人，目的是将人工智能技术应用在复杂环境下，完成机器人系统的自主推理、规划和控制。
从此，移动机器人从无到有，数量不断增加，智能车作为移动机器人的一个重要分支也越来越多的受到关注。
智能车致力于提高汽车的安全性、舒适性、适应性和提高优良的人车交互界面，是世界车辆工程领域研究的热点和汽车工业增长的新动力。
随着企业生产技术的不断提高以及对自动化技术要求的不断加深，智能车已在许多工业部门获得了广泛的应用。
在发达国家，有些智能车已实现商品化。
由于成本低廉，环保，交通安全性高，慢慢地它已逐步渗入到工业和社会的各个层面,比如在智能运输系统ITS上、物流运输方面、军事领域方面、社会生活中。
两轮自平衡小车设计报告
两轮自平衡小车设计报告设计报告：两轮自平衡小车一、引言二、设计理念本设计希望实现一个简洁、稳定和高效的两轮自平衡小车。
考虑到小车需要快速响应外界环境变化，并迅速做出平衡调整，因此采用了传感器、控制器和执行机构相结合的设计思路。
通过传感器获取小车倾斜角度和加速度等数据，通过控制器对采集的数据进行处理和判断，并通过执行机构实时调整车身的倾斜角度，以实现平衡行走。
三、原理四、硬件结构1.车身结构：车身由两个电机、一个控制器、一个电池和一个平衡摆杆组成。
2.电机：采用直流无刷电机，具有较高的转速和输出功率。
3.控制器：采用单片机控制模块，能够对传感器数据进行处理和判断，并输出控制信号给电机。
4.传感器：主要包括陀螺仪、加速度计和倾斜传感器，用于感知小车的倾斜角度和加速度等数据。
5.电池：提供小车的电力供应，保证小车正常运行。
五、软件控制小车的软件控制主要包括数据处理和判断、控制信号生成和输出三个方面。
1.数据处理和判断：通过获取的传感器数据，包括倾斜角度和加速度等信息，根据预设的控制算法进行数据处理和判断。
2.控制信号生成：根据处理和判断得出的结果，生成相应的控制信号。
控制信号包括电机的转动方向和速度。
3.控制信号输出：将生成的控制信号输出给电机，实现倒立摆的平衡。
六、小车性能测试为了验证小车的设计和功能是否符合预期，进行了多项性能测试。
1.平衡行走测试：将小车放在平坦的地面上，通过传感器检测到小车的当前倾斜角度并进行调整，实现小车的自平衡行走。
2.转向测试：在平衡行走的基础上，通过控制信号调整两个电机的速度差，从而实现小车的转向。
3.避障测试：在平衡行走和转向的基础上，添加超声波传感器等避障装置，实现小车的避障功能。
七、总结通过本设计报告的详细介绍，我们可以看出两轮自平衡小车具备平衡行走、转向和避障等功能，为用户提供了一个稳定、高效的移动平台。
未来，我们将进一步优化小车的设计和控制算法，提高小车的性能和应用范围。
基于51单片机的智能小车开题报告
STE4
整体测试并完善
3.2 研究思路
01 明确本设计的整体结构组成
主要措施
02 下位机端代码的编写并测试
03 作为智能小车蓝牙控制端的手机 APP设计
04 蓝牙通信的建立
目录
Contents
1 选题背景及意义 2 研究内容与目标
3
研究方案与思路
4 关键技术与实践难点
4.1关键技术
关键 技术
实践难点二
单片机端命令的接收与解析
谢谢
THANK FOR YOUR LISTENING
技术背景
智能小车是现代科研、工业、民用中提高劳动效率的有效工具。无线通信 技术被大量地应用于人们的生产生活中，使得原本设备间用于数据传输的 连接电缆变成了无线通道。以蓝牙技术为例，近年来蓝牙技术已经发展成 为先进的无线网络技术，具有成本低、功耗小、抗干扰性好、建立连接灵 活等优点。
02
1.2 国内外研究现状
1 选题背景及意义 2 研究内容与目标
3
研究方案与思路
4 关键技术与实践难点
2.1研究内容
1
安卓手机端遥控APP开发
2
C语言的运用
3
无线通信的选择与建立（蓝牙）
4
51单片机控制信号驱动电机运转
2.2研究预期目录
单片机 技术
无线控
蓝牙
制智能
小车
Androi d智能 终端
此时打开安卓手机的蓝牙， 搜索小车上的蓝牙芯片，进 行配对。对蓝牙配对成功后， 在手机端的界面上点击前进、 后退、左转、右转、停止等 按钮的时候，蓝牙模块能接 受手机端发送的ASCII码值， 并且能够通过串口相应的传 递给单片机，以此来相应的 控制小车的前进、后退、左 转、右转以及停止的操作。
两轮自平衡载具的设计的开题报告
两轮自平衡载具的设计的开题报告设计主题：两轮自平衡载具的设计研究背景和意义：近年来，随着科技的不断发展和人们生活水平的提高，人们对于出行方式和工具的需求也在不断变化。
由于城市化进程的加速，城市内部交通拥堵的问题也日益突出，因此寻找新型出行方式成为了人们关注的焦点。
两轮自平衡载具作为一种新型出行工具，因其小巧、轻便、灵活等特点，成为了现代都市中的时尚出行方式。
该专题旨在研究两轮自平衡载具的设计，希望通过对其设计理论、操作原理、结构特点、电动机驱动系统等多个方面的研究，进一步了解其基本原理和制作方法，为日后实际生产中提供有益的指导。
研究内容和方案：1.两轮自平衡载具的基本原理和设计理论；2.两轮自平衡载具操作原理的研究；3.两轮自平衡载具结构特点的分析和研究；4.两轮自平衡载具驱动系统的设计研究。
研究方法：1.文献资料法：对两轮自平衡载具的相关理论和制作方法进行系统性梳理和分析；2.对比研究法：将不同型号或不同品牌的两轮自平衡载具进行对比研究，找出其优缺点和改进空间；3.仿真模拟法：利用仿真软件对两轮自平衡载具的设计进行模拟和实验，找出其最优解决方案。
预期目标和成果：1.深入阐述两轮自平衡载具的设计理论和基本原理；2.详细介绍两轮自平衡载具结构特点及其优缺点；3.分析两轮自平衡载具怎样通过电动机驱动系统来实现平衡；4.提出改善和创新方案，希望能够更好的满足市场需求。
参考文献：1.程颂.两轮平衡车的综合设计[D].河南科技大学,2015.2.谢建平.两轮平衡车驱动系统设计[D].长春理工大学,2009.3.赵美玲,李晓光.三种马达驱动下的两轮平衡车运动控制比较[J].计算机仿真,2018(4): 176-180.4.郭金花.两轮自平衡车结构设计及完善应用[J].科技资讯,2017(1): 109-110.。
单片机控制单轴双轮自动平衡小车设计开题报告剖析
毕业设计（论文）
开题报告
题 目：单片机控制单轴双轮自动平衡小车设计
系 别：电气工程系
专 业：电气工程及其自动化
班 级：
学号
学生姓名：
指导教师：
2016年 3月
双轮自平衡小车小车开题报告材料
Harbin University Of Science And Technology科研训练开题报告两轮自平衡车系统设计学校：哈尔滨理工大学学院：自动化学院专业：电子信息科学与技术班级：电技11-1姓名：邓敏学号：1112020103日期：2014.12.08三、研究方案、技术路线3.1 小车动态平衡的基本原理如下图一所示：图一动态平衡原理图两轮自平衡机器人系统是一个复杂的机电系统，设计两轮自平衡机器人需要设计其机械系统、电系统及软件。
而电系统是包括控制处理器、传感器、执行机构和电源的一个复杂系统。
软件设计需设计机器人的工作流程。
因此要设计一个完整的两轮自平衡机器人系统就需要对这些部分分别进行设计并整合，才能完成两轮自平衡机器人系统的设计。
3.2 两轮自平衡机器人机械系统设计两轮自平衡机器人结构上最显著的特点在于其只有两个轮子，而且这两个轮子要同轴安装分别驱动。
当然，一个完整的两轮自平衡机器人还包括控制处理器、传感器、执行机构、电源等期间。
如何将这些系统部件合理地安装在一起，需要机械结构系统的设计。
这部分的设计由具体安装时根据不同模块的轻重来安排设计，总体上让小车承受的重力基本平衡即可。
3.3 两轮自平衡机器人电系统设计两轮自平衡小车要完成其自平衡的功能，首先需要有其感知器官，感知自身的姿态，例如，倾角、倾角速度等，得到这些信息需要选择一些合适的传感器。
而传感器检测到的信号，需要一个数字处理中心来接收处理，才能成为有用的信息。
因此还需要选择一个嵌入式的处理器。
在嵌入式处理器中，不仅仅要处理来自传感器的信息，还要对这些信息综合分析得出维持机器人平衡的需要采取的措。
开题报告基于单片机的智能小车的控制系统设计
本科生毕业论文（设计）开题报告论文（设计）题目基于单片机的智能小车的控制系统设计学生姓名系、专业指导教师选题目的、价值和意义目的：利用所学单片机知识设计一个控制系统，实现用单片机控制小车。
通过外部传感器将接收到的信号反馈给单片机，实时控制小车的运动。
价值：该设计与所学知识紧密联系，培养设计开发能力实践。
使用了两片电机驱动芯片—L298N对两个步进电机的精确转动角度进行控制，红外光电传感器，碰撞传感器等设备使小车有了简单的拐弯，躲避障碍物，搜寻设定目标等功能实现。
意义: 此设计主要体现智能电动小车应该能够实时显示时间、速度、里程，具有自动寻迹、寻光、避障功能，可程控行驶速度、准确定位停车。
技术上采用多传感器进行信息采集,运用反射式红外传感器设计路径检测模块和速度监测模块，同时,采用PWM 技术,控制舵机的转向和电机转速。
系统还扩展了LCD(Liquid Crystal Display:液晶显示屏)和键盘模块作为人机操作界面,以便于智能小车的相关参数调整。
本课题在国内外的研究状况及发展趋势该设计在现有玩具电动车的基础上，加装光电、红外线等传感器及金属探测器，实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。
能实现对智能小车的运动状态进行实时控制，伴随着研究进一步发展，控制更加灵活，可靠，而且控制的精度会越来越高。
主要研究内容用ATM89S52单片机来作为整机的控制单元。
红外线探头采用市面上通用的发射管与及接收头，经过单片机调制后发射。
铁片检测采用电感式接近开关LJ18A3-8-Z/BX检测，黑带采用光敏二极管对光源信号采集，再经过ADC0809转化为数字信号送到单片机系统处理。
设计的重要部分就如下图所示：图1 智能车运行基本原理图框图实验设计控制系统的实验设计主要分为硬件和软件连部分设计。
硬件设计部分：主要包括单片机控制部分、电源管理部分、路径识别单元、角度控制单元、车速控制单元组成。
单片机控制单轴双轮自动平衡小车设计开题报告剖析
[11]张培仁.基于16/32位处理器机器人控制系统设计与实现[M].北京:清华大学出版社, 2006
[12]屠运武,徐俊艳,张培仁.自平衡控制系统的建模与仿真[J].系统仿真学报.2004
[13]刘斌.两轮自平衡小车软硬件研发与基于模糊线性化模型的变结构控制研究.西安电子科技大学工学硕士学位论文.2009
调研计划：第1-2周：文献查找，主要是建立平衡车系统总体方案设计的雏形；第3-5周;确定主要硬件电路各部件的选型，以及总体方案的设计；第6-8周：硬件电路设计及部分电路制作；第9-11周：编写系统控制程序及进行初步的系统调试；第12-15周：总结整个设计过程中的不足之处，完成设计报告。
参考文献
[1]王晓宇.两轮自平衡机器人的研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2007
4完成论文的条件、方法及措施，包括实验设计、调研计划、资料收集、参考文献等内容：
条件方法和措施：小车的最初设计方案比较；设计单片机最小系统电路原理图；对小车单片机最小系统STM32进行最初的使用练习，例如简单地点亮LED灯、定时析，建立设计思路，设计总体方案，硬件工作原理分析，各元器件引脚功能资料收集，主程序设计；学习本设计涉及到的主要算法包括PID控制算法；卡尔曼滤波，可以参考原来已有的单片机控制单轴双轮自动平衡小车PID参数设定方法和经验。
控制系统的设计：整个控制过程分为以下几步，第一步，主控芯片STM32首先采集姿态传感器MPU6050的数据，经过卡尔曼滤波，就得到了车身的姿态信息，第二步，根据此角度做PID调节，得到小车两个电机的PWM脉宽，再调整轮子速度，使它的俯仰角为零。之后就是重复采集、处理、调节、处理这一过程。然后，在这个基础上，给两电机加PWM值，就会实现小车的前进，倒退。软件设计流程是：首先单片机初始化，在获取车身姿态数据，经过卡尔曼[]融合算法，PID控制完成小车直立速度控制。
两轮同轴自动平衡载人小车的开题报告
两轮同轴自动平衡载人小车的开题报告一、研究背景随着现代城市交通的快速发展，人们日常出行的交通工具需求也不断提高，特别是对于小型的两轮载人车辆需求。
传统的人力自行车已经无法满足现代人的日常出行需要，因此，电动两轮车成为了一个非常受欢迎的选择。
然而，电动两轮车在行驶过程中存在悬挂性能差、转向不稳定、易倾倒等安全隐患，因此需要进行进一步的设计和研究。
本项目旨在设计一种两轮同轴自动平衡载人小车，能够解决传统两轮车存在的安全问题，提高行驶的舒适性和稳定性，满足现代城市出行的多样化需求。
二、研究内容本项目主要研究以下内容：1.两轮同轴自动平衡系统设计：通过传感器探测小车的倾斜角度，使用PID算法对小车进行自动平衡控制，保证小车稳定行驶。
2.小车悬挂系统设计：采用多轮悬挂系统，通过提高小车的行驶平稳性。
3.小车转向控制算法设计：让小车在转向时更加稳定，提高小车的安全性能。
4.小车整体框架的设计：设计出轮架、车架、车体等结构来保证小车的稳定性和可靠性。
三、研究方法1.理论分析法：通过借鉴和推广现有的电动自行车平衡控制技术和自动控制理论，深入探讨小车整体平衡控制的理论基础和控制算法。
2.仿真验证法：使用MATLAB等软件对平衡控制、车轮运动和悬挂系统等关键问题进行仿真分析，验证小车设计的可行性和有效性。
3.实验研究法：通过小车实验室等现代化实验设施，对小车的各项性能进行测试和评估，检验小车的设计是否稳定、可靠。
四、研究意义本项目通过设计出一种新型的两轮自动平衡载人小车，使得小车行驶更加稳定、舒适、安全性更高。
同时，研究的理论和控制算法可以应用到其他类型的智能载人工具中，提高其行驶的安全性和舒适度。
因此，该项目具有重大的社会和经济效益。
五、预期成果通过本项目的研究，预期实现如下成果：1.设计出能够自动平衡的两轮同轴载人小车。
2.提出贯彻可行的悬挂系统设计方案。
3.设计出小车转向控制算法，提高小车的安全性能。
4.将小车整体框架结构设计，确保小车的稳定性和可靠性。
基于单片机的智能小车设计开题报告
基于单⽚机的智能⼩车设计开题报告课题类别：设计□√论⽂□学⽣姓名：张⾦⾏学号： 201057050229班级：电⼦1002班专业（全称）：电⼦信息⼯程指导教师：杨安平2014年4⽉⼀、本课题设计（研究）的⽬的：随着计算机、微电⼦、信息技术的快速发展，智能化技术的发展速度也越来越快，智能化与⼈们⽣产⽣活的联系越来越紧密，智能化将是未来社会发展的必然趋势。
随着汽车⼯业的迅速发展，关于智能汽车的研究也越来越受⼈关注，全国电⼦⼤赛和省内电⼦⼤赛⼏乎每次都有智能⼩车这⽅⾯的题⽬，全国各⾼校也都很重视该题⽬的研究。
智能⼩车由于成本低廉，甚⾄还能够胜任⼀些⼈类不能完成的⼯作，它已逐步深⼊到⼯农业以及社会的各个⽅⾯。
本课题设计的智能⼩车中⽤到的红外遥控技术、语⾳识别技术、单⽚机控制系统、传感技术、⾃动避障技术已⼴泛应⽤于⼯农业⽣产、国防军事、医疗卫⽣、宇宙探测等诸多领域，特别是其在军事侦察、反恐、防暴、防核化及污染等危险和恶劣环境中有着⼴阔的应⽤前景，由此可见其有着及其重要的研究意义。
本设计的智能⼩车要求能够实时显⽰时间、速度、⾥程，具有⾃动循迹、避障功能，可控制⾏驶车速并能准确定位停车。
要求能够通过实际动⼿设计，学会电⼦产品的设计开发过程，掌握单⽚机的基本原理、遥控原理、显⽰原理，⽽且能够熟练进⾏系统的硬件电路设计、软件设计调试和掌握相关电⼦开发软件的使⽤。
⼆、设计（研究）现状和发展趋势（⽂献综述）：1研究现状智能⼩车、机器⼈的发展研究从上世纪60年代⾄今已有⼏⼗年的历史，⾃从上世纪60年代末期，第⼀台能够⾃主移动机器⼈问世以后，经过⼏⼗年的发展智能机器⼈已经从最初的⽰教模仿机器⼈发展到现在的具有感知功能的智能机器⼈，在技术上取得了很⼤的进步许多国家都对智能机器⼈进⾏了⼤量的研究。
由于各国的科研实⼒不同，其⽔平也有⾼低，其中美国和⽇本在该项技术的研究处于领先地位。
法国提出的“机器⼈与⼈⼯体”国家计划主要是对智能机器⼈的认知功能进⾏深⼊的研究，使其能够在复杂的环境中通过⾃主感知判断来⾃动执⾏各种动作。
两轮自平衡小车设计报告
沈阳工业大学信息科学与工程学院第五届创新杯大学生电子设计竞赛双轮自平衡小车摘要:本作品采用STM32单片机作为主控制器，用一个陀螺仪传感器来检测车的状态，通过TB6612控制小车两个电机，来使小车保持平衡状态，通过手机蓝牙与小车上蓝牙模块连接以控制小车运行状态。
关键字：智能小车；单片机；陀螺仪；蓝牙模块。
一、系统完成的功能根据老师的指导要求，在规定的时间内，由团队合作完成两轮自平衡小车的制作，使小车在一定时间内能够自助站立并且自由行走，以及原地转圈，上坡和送高处跃下站立。
二、系统总体设计原理框架图图2.1 系统总体框图三.系统硬件各个组成部分介绍3.1.STM32单片机简介（stm32rbt6）主控模块的STM32单片机是控制器的核心部分。
该单片机是ST意法半导体公司生产的32位高性能、低成本和低功耗的增强型单片机，它的内核采用ARM 公司最新生产的Cortex—M3架构，最高工作频率可达72MHz，256K的程序存储空间、48K的RAM，8个定时器／计数器、两个看门狗和一个实时时钟RTC，片上集成通信接口有两个I2C、3个SPI、5个USART、一个USB、一个CAN、两个和一个SDIO，并集成有3个ADC和一个DAC，具有80个I／0端口。
STM32单片机要求2.0～3.6V的操作电压(VDD)，本设计采用5.0V电源通过移动电源给单片机供电。
3.2.陀螺仪传感器陀螺仪可以用来测量物体的旋转角速度。
本设计选用MPU-6050。
MPU-60X0 是全球首例9 轴运动处理传感器。
它集成了3 轴MEMS 陀螺仪，3 轴MEMS加速度计，以及一个可扩展的数字运动处理器DMP（Digital Motion Processor），可用I2C接口连接一个第三方的数字传感器，比如磁力计。
扩展之后就可以通过其I2C 或SPI 接口输出一个9 轴的信号（SPI 接口仅在MPU-6000 可用）。
MPU-60X0 也可以通过其I2C 接口连接非惯性的数字传感器，比如压力传感器MPU-60X0 对陀螺仪和加速度计分别用了三个16 位的ADC，将其测量的模拟量转化为可输出的数字量。
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毕业设计（论文）开题报告题目：单片机控制单轴双轮自动平衡小车设计系别：电气工程系专业：电气工程及其自动化班级：学号学生姓名：指导教师：2016年 3月中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）开题报告论文（设计）题目单片机控制单轴双轮自动平衡小车姓名系别电气工程系专业班级电气121学号61选题目的和意义：平衡车是一个不稳定、强耦合、非线性系统，对平衡车的研究有利于我们更熟练得运用自动控制理论，并且发展更可靠稳定的控制方法。
在实际应用中，平衡车由于体积小，灵活方便，不管是在军用或者民用领域都有广阔的应用空间，两轮自平衡小车可以作为一种小范围的移动式服务平台。
通过本课题的研究学习，会使自己更加了解单片机，熟悉电子电路，提升自己的对整个设计的把握，更透彻的掌握自动控制方法。
2本选题在国内外的研究状况及发展趋势：国外方面：JOE 是瑞士研制的用DSP和FPGA 控制并基于倒立摆理论双轮车。
通过倾斜传感器和倾角传感器来检测车体。
通过电机上的编码盘检测电机的速度。
采用了基于状态反馈的线性控制策略，车的运动被分解成直线和旋转运动，然后分析直线运动和旋转运动，得到电机需要的控制量，最终把控制量耦合叠加。
他主要的设计思想依然是：使车子朝车体倾斜的方向运动来保持车身的平衡。
主控芯片是HC11 微处理器，此处理器是David P.Anderson 专门的针对nBot 车设计的。
传感器在得到车的车身信息后，再比例整合，当作模糊控制器的输入，按照之前设定的控制原则得到两个电机需要的PWM 电压。
该控制只能能让小车平衡运动，而不能让小车自主直立。
Segway 拥有更多的姿态传感器，它有5个陀螺仪传感器，然而事实是检测车身前倾斜只需要3个传感器就够了，其他的两个传感器只是增加安全性。
传感器的信息会被传送到一个电路板，这个电路板是微处理器的集群，效率是个人电脑的三倍。
这个集群是为了保证本载人平衡车在其中任何一个处理器出现问题时能报告错误，给驾驶者以处理问题的时间余量，保证了平衡车的安全性。
国内方面：哈工大尹亮制作的双轮移动车Sway，车身倾斜度采用AD 推出的双轴加速度传感器ADXL202 及反射式红外线距离传感器来获得。
基于PWM 动态控制直流电机的速度。
车与上位机间的数据通信使用PTR2000 超小型超低功耗高速无线收发数传MODEM。
人机交互界面使用图形液晶点阵、方向摇杆、按键。
依靠这些可靠并且完备的硬件，使用独特的软件算法，最终实现Sway 的数据交换和平衡直立控制。
上海交通大学的孔祥宣于2007年研制了一辆自主式双轮动态平衡移动机器人,。
它由机械系统、控制系统两个部分。
机械部分包括：两轮、减速机构、底盘、高速转子、本体、框架等，负责实现机器人的机构功能、承载硬件电路、搭建工作平台；控制系统部分包括：电机、驱动器、传感器。
机器人的控制器采用DSP 与CPLD 高度集成的SoB （System on Board）系统，双轮动态平衡车的特点是有一个高速自转的转子。
发展趋势：平衡车正在朝着越来越智能化的方向的发展，已经提出了众多的解决平衡控制的方案。
未来平衡车必将越来越小巧轻便，配备更完善的人机交互介面。
另外，两轮自平衡车的应用前景将会十分的广泛，未来的目标是制造出外形结构简洁，并且具有稳定自平衡性能的平衡车，还能有方便的驾驶模式，必将方便大家的出行。
3主要研究内容：小车的硬件设计：设计最终使用STM32F103C8T6，读取mpu6050的数据时通过IIC 接口，获得小车的姿态，接下来的过程是主控芯片通过PID控制给电机输出PWM控制信号，电机驱动模块芯片TB6612接受到PWM信号之后再完成对电机的控制[i]。
另外，为了调试方便，除了设计了上述给模块外，还扩展了JLINK接口，使用的是SWD模式，用于仿真调试。
因为需要记录数据和绘出数据波形，查看滤波和PID效果。
所以扩展了串口电路。
控制系统的设计：整个控制过程分为以下几步，第一步，主控芯片STM32首先采集姿态传感器MPU6050的数据，经过卡尔曼滤波，就得到了车身的姿态信息，第二步，根据此角度做PID调节，得到小车两个电机的PWM脉宽，再调整轮子速度，使它的俯仰角为零。
之后就是重复采集、处理、调节、处理这一过程。
然后，在这个基础上，给两电机加PWM值，就会实现小车的前进，倒退。
软件设计流程是：首先单片机初始化，在获取车身姿态数据，经过卡尔曼[ii]融合算法，PID控制完成小车直立速度控制。
主要算法：PID控制算法：这里首先形象的分别说明一下P、I、D控制的区别，以利于我们建立起感性认识P为比例控制，使以最快的速度达到目标。
I为积分控制，使误差为0而起调和作用。
D为微分控制，可以加快调节进程。
PID控制算法是应用最为普遍的一种算法，其特点是构造简单，应用有效及具备了许多成熟的稳定性分析的方法，有很高的可靠性。
针对两轮自平衡小车的非线性和不稳定性，利用非线性PD控制算法和PID 差动结构可以实现小车的平衡控制和运动控制；卡尔曼滤波：姿态检测系统中的重点必然又是卡尔曼滤波。
为了方便调试，小车经串口向PC机发滤波前后倾角数据，通离散的数据点描绘可以直接对比滤波效果。
卡尔曼滤波整定参数有：卡尔曼增益、加速度计和陀螺仪权值。
经过滤波之后，含有噪声的波形变得平稳。
4完成论文的条件、方法及措施，包括实验设计、调研计划、资料收集、参考文献等内容：条件方法和措施：小车的最初设计方案比较；设计单片机最小系统电路原理图；对小车单片机最小系统STM32进行最初的使用练习，例如简单地点亮LED灯、定时器初始化、数码管显示等；进行整个系统的整体工作原理的细致分析，建立设计思路，设计总体方案，硬件工作原理分析，各元器件引脚功能资料收集，主程序设计；学习本设计涉及到的主要算法包括PID控制算法；卡尔曼滤波，可以参考原来已有的单片机控制单轴双轮自动平衡小车PID参数设定方法和经验。
实验设计：整个设计流程以STM32单片机为核心，选用了与该主控芯片相融和的其他几个必要的模块。
姿态传感器模块电路测算小车车身姿态信息、并把信息提供给主控芯片STM32。
主控芯片STM32是整个小车模型的大脑，在接收到小车车身信息之后，与预先设定车身平衡数据进行比较，计算出小车需要调整的余量，转化成PWM[iii]控制信号，输出给电机驱动电路模块，电机驱动模块在接收到PWM信号之后再完成对电机的控制，电机上的编码器测速模块采集到电机速度信息，再把信息反馈给主控芯片STM32。
重复这样一个过程，完成车模的直立平衡控制、直立运动控制[iv]，依靠蓝牙模块发送对整个小车的运动控制命令。
选用基于ARM的STM32F10X系列单片机，这是一系列功能更强大的数据处理能力更强的主控芯片，必将会为之后平衡车的功能拓展提供方便。
整个设计采用模块化的思想，这也正好切合了设计之初的想法，为实现小车更多功能的扩展提供方便。
随着课题研究的深入，还会遇到更多更大的困难，在将来的学习中，带着这些问题和困难查阅各种资料，并向有经验的老师和同学求教，争取早日解决，以更好的完成对本课题的设计工作。
调研计划：第1-2周：文献查找，主要是建立平衡车系统总体方案设计的雏形；第3-5周;确定主要硬件电路各部件的选型，以及总体方案的设计；第6-8周：硬件电路设计及部分电路制作；第9-11周：编写系统控制程序及进行初步的系统调试；第12-15周：总结整个设计过程中的不足之处，完成设计报告。
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