毕业论文电动自平衡车
平衡车分析报告
平衡车分析报告一、引言平衡车，又称为电动平衡车或者个人平衡车，是一种以电动机和陀螺仪等控制元件为基础，通过感应身体的重心变化来实现平衡的交通工具。
近年来，随着科技的不断进步，平衡车越来越受到人们的关注和喜爱。
本文将通过对平衡车的分析，探讨其原理、应用领域以及未来发展方向。
二、原理分析平衡车的平衡原理主要基于陀螺仪和加速度传感器的配合。
陀螺仪感知车身的倾斜角度，再通过控制系统调整电动机的转速，使车身保持平衡状态。
加速度传感器则用于感知车辆的前后倾斜，从而控制车辆的前进和后退。
这种基于重心倾斜的控制方式，使得平衡车可以有效地实现平稳行驶。
三、应用领域 1. 个人代步工具：平衡车作为一种便携式交通工具，被广泛应用于个人代步。
它的小巧灵活，适合在狭小的空间中使用，例如校园、工厂、商场等场所。
2. 旅游观光：许多旅游景区开始引入平衡车作为旅游观光工具。
游客可以骑着平衡车游览，既方便快捷又环保节能。
3. 物流配送：平衡车在物流配送领域也展现出了巨大潜力。
配备货架的平衡车可以轻松穿梭于仓库之间，完成货物的装载和运输工作。
四、市场现状目前，平衡车市场呈现出快速增长的趋势。
随着人们对便捷出行方式的需求不断增加，平衡车作为一种时尚、环保的交通工具受到了广大消费者的追捧。
同时，技术的不断进步也使得平衡车的性能得到了显著提升，更加安全、稳定。
预计未来几年，平衡车市场将继续保持高速增长。
五、发展趋势 1. 智能化：随着人工智能技术的发展，未来的平衡车将更加智能化。
通过加入智能导航、语音控制等功能，使平衡车更加智能化、人性化。
2. 多样化：平衡车的外观设计将更加多样化，以满足不同消费者的个性化需求。
同时，不同型号的平衡车将针对不同场景和用户需求进行专门设计，提供更多选择。
3.安全性：未来平衡车将更加注重安全性，例如加入碰撞预警、紧急制动等功能，提高车辆的安全性能。
六、结论平衡车作为一种新兴的个人交通工具，具有广阔的市场前景和发展潜力。
两轮自平衡小车毕业设计毕业论文
两轮自平衡小车毕业设计毕业论文目录1.绪论 (1)1.1研究背景与意义 (1)1.2两轮自平衡车的关键技术 (2)1.2.1系统设计 (2)1.2.2数学建模 (2)1.2.3姿态检测系统 (2)1.2.4控制算法 (3)1.3本文主要研究目标与容 (3)1.4论文章节安排 (3)2.系统原理分析 (5)2.1控制系统要求分析 (5)2.2平衡控制原理分析 (5)2.3自平衡小车数学模型 (6)2.3.1两轮自平衡小车受力分析 (6)2.3.2自平衡小车运动微分方程 (9)2.4 PID控制器设计 (10)2.4.1 PID控制器原理 (10)2.4.2 PID控制器设计 (11)2.5姿态检测系统 (12)2.5.1陀螺仪 (12)2.5.2加速度计 (13)2.5.3基于卡尔曼滤波的数据融合 (14)2.6本章小结 (16)3.系统硬件电路设计 (17)3.1 MC9SXS128单片机介绍 (17)3.2单片机最小系统设计 (19)3.3 电源管理模块设计 (21)3.4倾角传感器信号调理电路 (22)3.4.1加速度计电路设计 (22)3.4.2陀螺仪放大电路设计 (22)3.5电机驱动电路设计 (23)3.5.1驱动芯片介绍 (24)3.5.2 驱动电路设计 (24)3.6速度检测模块设计 (25)3.6.1编码器介绍 (25)3.6.2 编码器电路设计 (26)3.7辅助调试电路 (27)3.8本章小结 (27)4.系统软件设计 (28)4.1软件系统总体结构 (28)4.2单片机初始化软件设计 (28)4.2.1锁相环初始化 (28)4.2.2模数转换模块（ATD）初始化 (29)4.2.3串行通信模块（SCI）初始化设置 (30)4.2.4测速模块初始化 (31)4.2.5 PWM模块初始化 (32)4.3姿态检测系统软件设计 (33)4.3.1陀螺仪与加速度计输出值转换 (33)4.3.2卡尔曼滤波器的软件实现 (34)4.4平衡PID控制软件实现 (37)4.5两轮自平衡车的运动控制 (38)4.6本章小结 (40)5. 系统调试 (41)5.1系统调试工具 (41)5.2系统硬件电路调试 (41)5.3姿态检测系统调试 (42)5.4控制系统PID参数整定 (45)5.5两轮自平衡小车动态调试 (45)5.6本章小结 (46)6. 总结与展望 (47)6.1 总结 (47)6.2 展望 (47)参考文献 (48)附录 (49)附录一系统电路原理图 (49)附录二系统核心源代码 (50)致谢 (54)1.绪论1.1研究背景与意义近年来，随着电子技术的发展与进步，移动机器人的研究不断深入，成为目前科学研究最活跃的领域之一，移动机器人的应用围越来越广泛，面临的环境和任务也越来越复杂，这就要求移动机器人必须能够适应一些复杂的环境和任务。
平衡车做毕业设计
平衡车做毕业设计平衡车做毕业设计一、引言毕业设计是大学生们完成学业的重要环节，也是展示他们所学知识和能力的机会。
在选择毕业设计题目时，我决定以平衡车为主题。
平衡车是一种结合了机械、电子和控制技术的创新产品，它具有广泛的应用前景和研究价值。
本文将探讨平衡车的设计和实现过程，以及其中的挑战和收获。
二、平衡车的原理平衡车是一种能够自主保持平衡的交通工具，它通过感知车身的倾斜角度，并通过控制电机转速来实现平衡。
平衡车的核心技术是借助陀螺仪和加速度计等传感器来实时检测车身的倾斜情况，然后通过控制系统来调整电机的转速，使车身保持平衡状态。
三、设计过程1. 确定需求和目标在开始设计之前，我首先明确了设计需求和目标。
我希望设计一个能够在不同地形上平稳行驶的平衡车，具备良好的操控性和安全性。
同时，我也希望通过设计过程中的学习和实践，提升自己在机械、电子和控制方面的能力。
2. 硬件设计在硬件设计方面，我选择了合适的电机、陀螺仪和加速度计等传感器，并结合Arduino控制板进行搭建。
通过合理的布局和连接，我成功地将各个组件集成在一起，并确保其正常工作。
3. 软件编程在软件编程方面，我使用了C/C++语言编写代码，通过读取传感器数据并进行处理，实现了平衡车的自动调节功能。
我还设计了用户界面，使用户可以通过按键进行控制和调整。
4. 测试和调试设计完成后，我进行了一系列的测试和调试工作。
通过调整控制参数和检查硬件连接，我逐渐解决了一些问题，使平衡车的性能得到了提升。
四、挑战与收获在整个设计过程中，我遇到了许多挑战。
首先是理论知识的学习和应用，平衡车的设计涉及到机械、电子和控制等多个领域的知识，需要我深入学习和理解。
其次是实践操作的困难，搭建硬件和编写软件需要一定的技术和经验，我需要不断尝试和摸索。
最后是问题的解决和优化，设计过程中难免会遇到各种问题，需要我耐心地进行排查和调试。
然而，这些挑战也给我带来了许多收获。
通过不断学习和实践，我深入了解了平衡车的原理和设计方法，提升了自己的技术能力。
闽南师范大学_平衡小车毕设 - 最终1
闽南师范大学毕业论文（设计）基于STM32单片机的双轮小车近静态动平衡控制统The Design of The Nearly Static Dynamic Balance Two Wheeled Car Control System Based on TheSTM32姓名：陈国文学号：1105000232系别：物理与电子信息工程学院专业：电气工程及其自动化年级：2011级指导教师：李忆2014年12 月28 日摘要本文介绍以STM32F103RCT6单片机为核心的智能自平衡小车技术的研究，本系统分为单片机最小系统，PID自动反馈调节，驱动控制电路。
通过MPU-6050传感器采集到姿态感知信号传给STM32F103RCT6单片机，经单片机PID反馈调节，发出命令控制驱动模块L298N，驱动2台直流电动机进行相应的动作，最终使得小车能够平稳站立。
为了提高平衡效果，本文引入了卡尔曼滤波器，在调试中应注意初始角度的矫正和PID的参数调节。
本设计现能实现小车在正负2度内平衡，时超超过4S，在小车的控制方面还有待改进。
关键词：STM32F103RCT6单片机姿态检测卡尔曼滤波 PID控制电机驱动AbstractIn this paper, we introduce STM32F103RCT6 single-chip microcomputer as the core of intelligent since the balance of the car technology research, this system is divided into single chip microcomputer minimum system, PID automatic feedback adjustment, the drive control circuit. By MPU - 6050 sensor collected posture perception to STM32F103RCT6 MCU signals, the microcontroller PID feedback control, a command control L298N drive module, drive two dc motor for the corresponding action, eventually making the car can stand steadily.In order to improve the effect of equilibrium, this paper introduced the Calman filter, in needing attention in debugging the parameters initial angle correction and PID regulation. This design is to achieve car in the positive and negative balance within 2 degrees, super than 4S, in control of the car has to require improvement.KeyWord: STM32F103RCT6 single-chip microcomputer Posture perception Kalman filter PID controller motor drive目录中英文摘要 (I)1 引言 (1)1.1 选题背景及实际意义 (1)2 整体方案设计 (1)2.1系统整体设计 (1)2.2姿态检测模块选型方案比较 (2)2.3项目设计要求 (2)2.4平衡小车的总体框图 (2)3 各单元模块的硬件设计 (3)3.1 STM32F103RCT6单片机系统 (3)3.2 稳压模块选型 (3)3.3 姿态检测模块 (4)3.3.1加速度计模块 (5)3.3.2陀螺仪模块 (7)3.4 电机驱动模块选型 (7)3.5电机选型 (8)3.6 电路接线表 (9)3.6.1电源接口解析 (9)3.6.2器件I/O口连接表 (9)4 理论分析与计算 (10)4.1 自平衡小车数学模型 (10)4.2 PID控制器设计 (11)4.2.1 PID控制器原理 (11)4.2.2 PID控制器设计 (11)4.3基于卡尔曼滤波的数据融合 (12)4.4 本章小结 (14)5 系统软件设计 (15)5.1软件系统总体结构 (15)5.2单片机初始化软件设计 (15)5.3姿态检测系统调试 (15)5.3.1角度矫正 (15)5.3.2卡尔曼滤波调试 (16)5.3.3控制系统PID参数整定 (18)6 系统测试 (19)6.1 平衡度测试 (19)6.2站立时间测试 (20)7 器件清单 (20)7.1元器件清单 (20)7.2平衡小车实物图 (21)8 总结与展望 (21)8.1 总结 (21)8.2 展望 (22)参考文献 (22)附录 (i)致谢 (vii)1 引言两轮自平衡小车是一种特殊轮式移动机器人，其动力学系统具有多变量、非线性、强耦合、参数不确定等特性。
平衡车毕业设计
平衡车毕业设计平衡车毕业设计一、引言平衡车是一种以电动机为动力，通过自动控制系统实现自我平衡的交通工具。
它的出现不仅为我们的出行提供了便利，同时也成为了工程技术领域的研究热点之一。
作为一名大学生，我也有幸参与了平衡车的毕业设计，并在此分享一下我的设计思路和实践经验。
二、背景介绍在开始我的平衡车毕业设计之前，我对平衡车的原理和结构进行了深入的研究。
平衡车的核心技术主要包括传感器、控制算法和电机控制系统。
传感器用于感知车身的倾斜角度和加速度，控制算法根据传感器的反馈信息进行计算和控制，电机控制系统则负责根据算法的指令控制电机的转动。
基于这些基本原理，我开始了我的设计过程。
三、设计思路1. 动力系统设计在选择动力系统时，我考虑了电动机的功率和扭矩输出以及电池的容量和续航能力。
为了确保平衡车能够稳定行驶并承载一定的载荷，我选择了一款高功率低速电机，并配备了高容量的锂电池。
通过这样的设计，我能够保证平衡车在不牺牲续航能力的情况下具备足够的动力输出。
2. 控制系统设计控制系统是平衡车的核心，它决定了车辆的稳定性和灵活性。
在我的设计中，我选择了一种基于陀螺仪和加速度计的传感器来感知车身的倾斜角度和加速度。
通过将传感器的数据输入到控制算法中，我能够实时计算出平衡车的倾斜角度，并通过调整电机的转速来实现车身的自我平衡。
此外，我还加入了遥控器和APP控制功能，使得用户可以通过手机或遥控器来控制平衡车的行驶方向和速度。
3. 结构设计平衡车的结构设计直接影响着车辆的稳定性和操控性。
为了提高平衡车的稳定性，我采用了低重心的设计，并将电池和电机放置在车身的中央位置。
此外，我还加入了可伸缩的车身结构，使得车身可以根据使用者的身高进行调节，提高了车辆的适用性和舒适性。
四、实践经验在实践过程中，我遇到了许多挑战和困难。
首先是传感器的校准和数据处理，由于传感器的精度和灵敏度不同，我需要进行精确的校准和数据处理，以确保传感器的准确性。
两轮自平衡小车毕业设计
两轮自平衡小车毕业设计毕业设计题目：两轮自平衡小车设计一、毕业设计背景与意义目前，智能机器人技术已经在各个领域得到广泛的应用，其中自平衡小车是一种非常具有代表性的机器人。
自平衡小车能够通过自身的控制系统来保持平衡姿态，并能够实现各种转向和动作。
因此，自平衡小车不仅能够广泛应用于工业生产中，还可以成为搬运、巡逻和助力等领域的优秀协助工具。
本毕业设计的目标是设计和实现一种能够自动控制、实现平衡的两轮自平衡小车。
通过这个设计，进一步探究并研究自平衡技术的原理及应用，增加对机器人控制系统和传感器的理解，提高对计算机控制和嵌入式系统的应用能力。
二、毕业设计的主要内容和任务1.研究和调研a)研究两轮自平衡小车的构造和原理；b)调研目前市场上相关产品，并分析其特点和存在的问题。
2.模块设计a)根据研究结果，设计自平衡小车的主要模块，包括平衡控制模块、动作控制模块和传感器模块；b)设计相关控制算法和策略，使小车能够保持平衡并能够实现转向和动作。
3.硬件搭建和调试a)根据模块设计的结果，搭建小车的硬件系统，包括选择适用的电机、陀螺仪、加速度计等；b)进行相应的调试和优化，保证小车的平衡和动作控制能力。
4.软件开发和系统集成a)开发小车的控制系统软件，包括实时控制系统和传感器数据处理等；b)将硬件系统和软件系统进行有机地集成，实现小车的平衡和动作控制。
5.实验和测试a)进行实验测试，验证设计的有效性和稳定性；b)进行相关的性能测试和比较研究。
三、设计预期成果1.自平衡小车的系统设计和实现，能够平衡姿态并能够实现转向和动作控制；2.控制系统软件的开发和优化，实现小车的实时控制和数据处理；3.相关模块和算法的设计和实现，如平衡控制模块和动作控制模块；4.实验和测试结果的总结和分析；5.毕业设计报告的撰写。
四、设计周期和工作安排1.阶段1：研究和调研阶段（1周）2.阶段2：模块设计阶段（2周）3.阶段3：硬件搭建和调试阶段（2周）4.阶段4：软件开发和系统集成阶段（2周）5.阶段5：实验和测试阶段（1周）6.阶段6：总结和报告撰写阶段（2周）五、预期解决的关键问题和技术难点1.小车平衡控制算法的设计和优化；2.小车动作控制算法的设计和优化；3.小车硬件系统与软件系统的有效集成；4.多个传感器数据的处理和融合。
毕业设计 STM32平衡车设计与实现
毕业设计 STM32平衡车设计与实现1 简介Hi，大家好，学长今天向大家介绍一个单片机项目，大家可用于课程设计或毕业设计基于STM32的平衡车设计与实现1 课题描述课题的研究主要是为了设计出可以在小范围内活动的轻巧灵活的绿色代步工具,并且在自平衡的功能上加上一些新功能，如自跟随功能和遥控功能，这样平衡车不仅可以当作交通工具来使用还可以作为人们的助手，如可以制造出平衡车形式的拉杆箱、平衡车形式的超市购物车等。
平衡车技术起源于国外被叫作摄位车（Segway），在国内有被叫做平衡车、思维车、体感车，平衡车易于放置，便于携带。
公共场所、汽车、火车上都可以随意携带，平衡车不需要专用的场地，可以在马路、公园、林间小路甚至室内都可以骑行，所以它相比传统的四轮车是有很大的优势的。
两轮平衡车和单轮平衡车都可以在小范围内移动，不像传统的四轮车在小范围内很难转弯。
随着电子技术的不断发展，人们对行走功能的需求越来越高，平衡车应运而生。
电动平衡车的小巧轻便也给人们带来了很多便利。
同时，电动平衡车的电力驱动赋予了它绿色交通的使命，它的广泛普及对文明城市的建设和人居环境的改善具有重要意义。
电动平衡车为人们节省了大量的油费和时间。
与其他交通工具相比，它还具有价格优势，这使得大多数人都负担得起，维护起来也相对简单。
在平衡车上增加一些传感器，可以让人更好的控制它，同时还具有操控、墙障等功能。
比如增加自走功能，可以避免人们需要用手携带的缺点。
市面上常见的平衡车2 课题设计内容这个项目的核心是平衡车的控制系统，在平衡车稳定平衡的基础上对自跟随和无线遥控进行研究，并且计划使用 STM32 作为主处理器进行开发制作，由对倒立摆控制系统的分析进而分析平衡车的控制理论，其中包括直立行驶和转弯，还有自跟随的控制理论分析。
该项目的重点首先是要对 STM32 单片机的各个硬件系统有熟练使用的能力，这样才能对各模块进行正确的驱动设计。
其中，需要对 MPU6050 原始数据进行滤波处理，所以要通过对滤波算法的分析对 MPU6050 中的陀螺仪和加速度数据进行融合，使滤波后的结果可以满足设计要求。
毕业论文电动自平衡车
两轮自平衡车是一种特殊轮式移动机器人是当今机器人研究领域的一个重要分支它涵盖了电子机械自动控制与信号处理等多个学科其结构类似于倒立摆具有非线性强耦合的特性是检验控制算法的经典装置配合进行前后倾斜角度的检测同时利用角位移传感器进行自平衡车转向控制杆左右倾斜角度的检测将信息输出给单片机通过相应的控制算法计算出车辆的控制量用该控制量驱动电机工作完成自平衡车前进后退与转向等动作
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北京科技大学本科生毕业设计（论文）
This paper describes the two rounds of the current situation and development prospects of balancing the car at home and abroad. I produced and introduced the two-wheeled self balancing vehicle part of the circuit , the control algorithm , after the completion of signal processing and control algorithms , the paper carried a self-balancing car -like vehicle design, including design of a prototype vehicle electrical system , including power supply section , the control section , etc. and production of PCB board to complete vehicle structures . Through experiments like the car can reach a stable manned forward, backward and turning.
浅论小型两轮自平衡电动车系统的设计与研究论文
浅论小型两轮自平衡电动车系统的设计与研究论文浅论小型两轮自平衡电动车系统的设计与研究论文小型两轮自平衡电动车控制方案，是使用姿态检测传感器来检测小车姿态的变化，运用合适的运动控制原理，驱动电机进行相应的调整，以保持小车平衡、但在实际设计中，加速度计检测出来的数据易受小车运动速度影响，陀螺仪检测出来的数据易受温度影响，因此需要采用滤波器对其进行滤波、通过对卡尔曼滤波器与互补滤波器这两种不同的滤波器进行比较，在基于飞思卡尔公司Kinetis K60的小型两轮自平衡电动车姿态稳定系统上加以验证，从而得出在实际设计中卡尔曼滤波器优于互补滤波器。
1控制系统分析与设计1.1系统分析小型两轮自平衡电动车系统主要由姿态传感器,CMOS摄像头传感器、矢量光电编码器,Kinetis K60单片机、直流减速电泪L及其驱动电路组成。
陀螺仪与加速度计的数据经过AD转换后传至控制器中，通过滤波器进行滤波后，获得较为精确的角速度和角加速度数据，从而计算得到角度偏差;摄像头采集道路信息，进行路径识别，使小车沿一定路径J决速运行光电编码器采集车轮速度，通过负反馈控制小车速度，三者数据融合后，再通过PID算法输出控制量，生成PWM从而控制电机运行。
1.2矢量编码器小车进行角度姿态控制时会产生两个自由度上的偏移，除用测量角度的加速度计和陀螺仪外，还需要增加测量两轮车位移的传感器，这里选用可以测量正负位移的欧姆龙500线矢量编码器(A日相光电编码器)。
2角度滤波算法分析从加速度计采集到的角度信息存在高频干扰，输出电压，矢量编码器控制电路会在实际反映倾角的电压值附近波动、要从陀螺仪获得角度信息，需要经过积分运算，而从单片机采集的角速度信息存在误差和温度偏移、这个误差会随时间延长而积累，最终导致输出信号偏离真实角度信号、因此，下面介绍两种滤波法，对两种传感器所获得信息进行校正。
2.1互补滤波器通过加速度计和陀螺仪积分获得的`两种与角度相关的信息，利用加速度计修正陀螺仪的积分输出，利用陀螺仪修正加速度计的高频干扰。
学术论文：【毕业论文】两轮自平衡小车研究
【毕业论文】两轮自平衡小车研究本科毕业设计题目两轮自平衡小车研究学院电子信息工程学院专业自动化学生姓名学号202110311332 年级2021级指导教师职称博士年月日两轮自平衡小车研究专业：自动化学号：202110311332摘要：现在两轮自平衡小车的研究在全世界得到很大的关注。
本论文主要工作是对两轮自平衡小车的原理进行研究并且和提出一种设计方案。
本次设计方案是采用ENC-03MB陀螺仪传感器和MMA7361LC三轴加速度倾角传感器构成小车的状态检测装置，使用算法使陀螺仪数据和加速度计数据的融合得到小车的倾角，再通过一定的算法使小车保持直立状态。
系统采用飞思卡尔公司的DSC 16位处理器XS128单片机为核心控制处理器，完成传感器信号的处理，滤波算法的实现和车身控制等一些任务。
在小车制作完成后，各个模块之间能够正常并且协调的工作，小车可以只无人干预的条件下实现自主平衡，运用蓝牙可以控制小车的前进、后退、左右转动等各个动作。
关键词：两轮自平衡小车；陀螺仪；加速度倾角传感器；XS128单片机Research of The Two-wheel Self-balance CarSpecialty：Automation Student Number：202110311332Student：Liu Changgen Supervisor：Luo JunyiAbstract:Now ，the research of two-wheel self-balance car get great attention all over the world.The main job of this paper is to study the principle of the two-wheel self-balance car and put forward a design scheme.This design used ENC-03MB gyroscope sensor and MMA7361LC triaxial acceleration and angle sensor constitute the car status detectioning algorithms made fusion of gyroscope data and accelerometer data to get the tilt angle of the car.Then ,through a certain algorithm to make the car keep upright.The system adopted freescale company DSC 16-bit processor XS128 single-chip microcomputer as the control core,it realized the sensor signal processing the sensor signal processing,filtering algorithm and body control and so on.After the car production is completed,each module can be normal and to coordinate work,the car can keep balancing in unmanned ing mobile phone Bluetooth cancontrol the car forward,backward,turn right or left,and other actions.Key words：Two-wheel Self-balance Car ；Gyroscope；Angle Acceleration Sensor；XS128 Single Chip Microcomputer\* MERGEFORMAT\* MERGEFORMAT I目录TOC \o "1-3" \h \u l _Toc12550 第1章绪论 REF _Toc12550 1l _Toc12946 1.1 背景 REF _Toc12946 1l _Toc14595 1.2 选题的目的和意义 REF _Toc14595 1l _Toc25634 1.3两轮自平衡小车的国内外研究现状 REF _Toc25634 2l _Toc18524 1.3.1 两轮自平衡小车在国外的研究现状 REF _Toc18524 2l _Toc18461 1.3.2 两轮自平衡小车在国内的研究现状 REF _Toc18461 4l _Toc27645 1.4 主要的研究内容 REF _Toc27645 5l _Toc23975 第2章两轮自平衡小车的原理 REF _Toc23975 6l _Toc23737 2.1 两轮自平衡小车直立运动分析 REF _Toc23737 6l _Toc24447 2.2 小车的平衡控制 REF _Toc24447 6l _Toc8874 2.3 小车的角度和角速度测量 REF _Toc8874 8l _Toc21605 2.3.1 加速度传感器 REF _Toc21605 8l _Toc29805 2.3.2 陀螺仪 REF _Toc29805 8l _Toc16346 2.4 小车的速度控制 REF _Toc16346 9l _Toc14709 第3章两轮自平衡小车的电路和程序设计 REF _Toc14709 10 l _Toc23984 3.1 两轮自平衡小车电路设计 REF _Toc23984 10l _Toc4044 3.1.1 小车的整体电路框图 REF _Toc4044 10l _Toc26433 3.1.2 单片机最小系统 REF _Toc26433 11l _Toc30966 3.1.3 陀螺仪和加速度计传感器电路 REF _Toc30966 11l _Toc5965 3.1.4 电机驱动电路 REF _Toc5965 12l _Toc11988 3.1.5 电源模块电路 REF _Toc11988 13l _Toc2506 3.2 两轮自平衡小车程序设计 REF _Toc2506 13l _Toc26809 3.2.1 程序的功能和流程框架 REF _Toc26809 13l _Toc16169 3.2.2 各个模块的程序 REF _Toc16169 15l _Toc23056 第4章两轮自平衡小车的制作和调试 REF _Toc23056 33l _Toc1764 4.1 小车的承载局部制作 REF _Toc1764 33l _Toc16193 4.2 小车传感器的安装 REF _Toc16193 33l _Toc29515 4.3 小车的调试 REF _Toc29515 34l _Toc12987 4.3.1 小车调试条件 REF _Toc12987 34l _Toc18667 4.3.2 小车调试 REF _Toc18667 34l _Toc4940 4.3.3 参数调试 REF _Toc4940 35l _Toc11784 第5章结论 REF _Toc11784 36l _Toc20009 附录 REF _Toc20009 37l _Toc17146 附录1 电路原理图 REF _Toc17146 37附录 l _Toc12889 2电路PCB图 REF _Toc12889 37l _Toc21110 附录3 小车直立图片 REF _Toc21110 38l _Toc24675 参考文献 REF _Toc24675 39l _Toc257 致谢 REF _Toc257 40成都学院学士学位论文〔设计〕\* MERGEFORMAT\* MERGEFORMAT 1第1章绪论1.1 背景近年来，随着移动机器人研究不断深入、应用领域更加广泛，所面临的环境和任务也越来越复杂。
毕业设计(论文)-两轮自平衡小车的设计
本科毕业设计（论文）题目两轮自平衡小车的设计学院电气与自动化工程学院年级专业班级学号学生姓名指导教师职称论文提交日期两轮自平衡小车的设计摘要近年来，两轮自平衡车的研究与应用获得了迅猛发展。
本文提出了一种两轮自平衡小车的设计方案，采用陀螺仪ENC-03以及MEMS加速度传感器MMA7260构成小车姿态检测装置，使用卡尔曼滤波完成陀螺仪数据与加速度计数据的数据融合。
系统选用飞思卡尔16位单片机MC9S12XS128为控制核心，完成了传感器信号的处理，滤波算法的实现及车身控制，人机交互等。
整个系统制作完成后，各个模块能够正常并协调工作，小车可以在无人干预条件下实现自主平衡。
同时在引入适量干扰情况下小车能够自主调整并迅速恢复稳定状态。
小车还可以实现前进，后退，左右转等基本动作。
关键词：两轮自平衡陀螺仪姿态检测卡尔曼滤波数据融合IDesign of Two-Wheel Self-Balance VehicleAbstractIn recent years, the research and application of two-wheel self-balanced vehicle have obtained rapid development. This paper presents a design scheme of two-wheel self-balanced vehicle. Gyroscope ENC-03 and MEMS accelerometer MMA7260 constitute vehicle posture detection device. System adopts Kalman filter to complete the gyroscope data and accelerometer data fusion.，and adopts freescale16-bit microcontroller-MC9S12XS128 as controller core. The center controller realizes the sensor signal processing the sensor signal processing, filtering algorithm and body control, human-machine interaction and so on.Upon completion of the entire system, each module can be normal and to coordinate work. The vehicle can keep balancing in unmanned condition. At the same time, the vehicle can be adjusted independently then quickly restore stability when there is a moderate amount of interference. In addition, the vehicle also can achieve forward, backward, left and right turn and other basic movements.Key Words: Two-Wheel Self-Balance; Gyroscope; Gesture detection; Kalman filter; Data fusionII目录1.绪论 (1)1.1研究背景与意义 (1)1.2两轮自平衡车的关键技术 (2)1.2.1系统设计 (2)1.2.2数学建模 (2)1.2.3姿态检测系统 (2)1.2.4控制算法 (3)1.3本文主要研究目标与内容 (3)1.4论文章节安排 (3)2.系统原理分析 (5)2.1控制系统要求分析 (5)2.2平衡控制原理分析 (5)2.3自平衡小车数学模型 (6)2.3.1两轮自平衡小车受力分析 (6)2.3.2自平衡小车运动微分方程 (9)2.4 PID控制器设计 (10)2.4.1 PID控制器原理 (10)2.4.2 PID控制器设计 (11)2.5姿态检测系统 (12)2.5.1陀螺仪 (12)2.5.2加速度计 (13)2.5.3基于卡尔曼滤波的数据融合 (14)2.6本章小结 (16)3.系统硬件电路设计 (17)3.1 MC9SXS128单片机介绍 (17)3.2单片机最小系统设计 (19)3.3 电源管理模块设计 (21)3.4倾角传感器信号调理电路 (22)III3.4.1加速度计电路设计 (22)3.4.2陀螺仪放大电路设计 (22)3.5电机驱动电路设计 (23)3.5.1驱动芯片介绍 (24)3.5.2 驱动电路设计 (24)3.6速度检测模块设计 (25)3.6.1编码器介绍 (25)3.6.2 编码器电路设计 (26)3.7辅助调试电路 (27)3.8本章小结 (27)4.系统软件设计 (28)4.1软件系统总体结构 (28)4.2单片机初始化软件设计 (28)4.2.1锁相环初始化 (28)4.2.2模数转换模块（ATD）初始化 (29)4.2.3串行通信模块（SCI）初始化设置 (30)4.2.4测速模块初始化 (31)4.2.5 PWM模块初始化 (32)4.3姿态检测系统软件设计 (32)4.3.1陀螺仪与加速度计输出值转换 (32)4.3.2卡尔曼滤波器的软件实现 (34)4.4平衡PID控制软件实现 (36)4.5两轮自平衡车的运动控制 (37)4.6本章小结 (39)5. 系统调试 (40)5.1系统调试工具 (40)5.2系统硬件电路调试 (40)5.3姿态检测系统调试 (41)5.4控制系统PID参数整定 (43)5.5两轮自平衡小车动态调试 (44)IV5.6本章小结 (45)6. 总结与展望 (46)6.1 总结 (46)6.2 展望 (46)参考文献 (47)附录 (48)附录一系统电路原理图 (48)附录二系统核心源代码 (49)致谢 (52)V常熟理工学院毕业设计（论文）1.绪论1.1研究背景与意义近年来，随着电子技术的发展与进步，移动机器人的研究不断深入，成为目前科学研究最活跃的领域之一，移动机器人的应用范围越来越广泛，面临的环境和任务也越来越复杂，这就要求移动机器人必须能够适应一些复杂的环境和任务。
平衡车毕业论文
平衡车毕业论文平衡车毕业论文引言：平衡车作为一种新兴的交通工具，其独特的设计和便捷的使用方式吸引了越来越多人的关注。
本论文旨在探讨平衡车的设计原理、技术应用以及未来发展趋势，为该领域的研究和发展提供一定的参考。
一、平衡车的设计原理平衡车的设计原理主要基于陀螺仪和加速度计的使用。
陀螺仪通过检测车身的倾斜角度，进而控制车轮的转动，实现平衡。
加速度计则用于检测车身的加速度，从而确定车辆的移动方向和速度。
这两个传感器的协同作用使得平衡车能够精确地感知和控制自身的姿态和运动。
二、平衡车的技术应用1. 个人出行工具：平衡车作为一种轻便、环保的交通工具，逐渐成为城市居民出行的首选。
其小巧的体积和灵活的操控性使得穿行于拥挤的城市街道变得更加便捷和高效。
2. 旅游观光工具：平衡车在旅游景点的应用也越来越广泛。
游客可以借助平衡车快速游览景点，既节省了时间，又增加了游览的趣味性。
同时，平衡车的设计使得它在不同地形上都能够保持稳定，适应性强。
3. 物流配送工具：平衡车的携带能力和机动性使其成为物流配送的理想选择。
无人驾驶的平衡车可以根据预设的路线和目的地，自主完成货物的运输任务，减轻了人力成本和交通压力。
三、平衡车的未来发展趋势1. 智能化发展：随着人工智能和传感技术的不断进步，未来的平衡车将更加智能化。
通过与云端的连接，平衡车可以实现远程控制和数据传输，进一步提升用户体验和功能性。
2. 多样化设计：平衡车的外观设计也将进一步多样化。
未来的平衡车可能会融入更多的科技元素，如LED灯光、音响系统等，使得骑行过程更加安全和有趣。
3. 环保节能：在未来的设计中，平衡车将更加注重环保和节能。
采用更高效的电池技术和充电方式，减少能源消耗，降低对环境的影响。
结论：平衡车作为一种新兴的交通工具，其设计原理和技术应用已经取得了显著的进展。
未来，随着科技的不断发展和创新，平衡车的功能和性能将进一步提升。
同时，我们也期待平衡车能够在城市出行、旅游观光和物流配送等领域发挥更大的作用，为人们的生活带来更多便利和乐趣。
自平衡电动代步车研制
自平衡电动代步车研制摘要：近年来，代步平衡车逐渐进入了人类的视野，由于其结构简单，占地面积小，得到了很多人的喜爱。
所以，该车的研究尤为重要，本论文对车的研究主要分为两部分，第一部分就是采用了STM32作为主处理器，倾角传感器进行角度测量，通过算法及编程，能够直立并平衡驾驶。
第二部分主要介绍该车的优势及如何控制及平稳驾驶。
关键词：传感器；算法；控制一、代步平衡车的直立与平衡驾驶本车主要采用STM32作为主处理器，该单片机处理能力较快，可以简单的处理各种算法，由于其成本低，体积小，应用在各个领域，而且本车运用到了多种算法，所以与FPGA 相比，虽然FPGA处理能力更快，但运算能力不强，成本较高，综上所述，STM32作为主处理器更为合适。
本车主要是通过控制传感器来实现它的平衡及驾驶，通过检测当前平衡车的倾斜角度及倾斜速度的快慢，计算出来的数据向前或者向后控制车体以实现平衡的效果。
MPU6050作为角度传感器，他将被测的小信号转变为电信号，但独自使用陀螺仪或者加速度计都不能使车身保持直立并加速行驶，它不仅易受地磁场的影响，并且具有信号噪声，与此相比，倾角传感器测量更为准确，我们在倾角传感器测量的基础上，采用互补滤波，最后通过积分进行变换，使之输出更加平滑。
当打开电源时，CPU开始工作，由于电机没有转矩，所以保持原地，��向前倾斜时，车子加速行驶，如果要减速，只需身体向后倾斜。
倾斜角度越大，速度越快，不论是加速还是减速，车体始终保持直立平衡状态。
对于车体的直立控制、速度控制和方向控制及平稳驾驶，我们都要求准确性和稳定性及安全性等特点，对我们最熟悉的就是PID算法及卡曼滤波。
所以我们通过检测车体当前行驶状态下的直立偏差、角度误差、速度调节，然后进行比例、积分和微分的调节，配合电路中的叠加原理，最终对左右电机进行控制。
二、代步平衡车的优势和系统结构通过人眼采集路况实时信息，并对实时路况信息进行运算处理，识别出道路，最终通过车体转向的方式达到视觉导航。
智能车两轮自平衡小车系统毕业论文
摘要近年来，两轮自平衡机器人的研究取得了快速的发展，两轮自平衡小车的动力学系统是一种多变量、非线性、强耦合的系统，是检验各种控制方法的典型装置。
同时由于它具有体积小、运动灵活、零转弯半径等特点，必将会在军用和民用领域有着广泛的应用前景。
本文主要介绍了基于Freescale MC9S12XS128单片机为控制核心的两轮自平衡小车系统，以验证经典的PID控制在动态平衡系统上的控制效果。
在该系统上，姿态传感器采用MPU6050，单片机在采集到姿态数据后，采用Kalman滤波器对得到的数据进行融合，并在此基础上分析不同滤波方法的效果。
借助增量式PID控制PWM的输出和利用TB6612FNG控制电机的转向以及转速，从而实现了小车的自平衡控制。
关键词：两轮自平衡系统； Kalman滤波；数据融合； HCS12； MPU6050 .Design and implementation of two-wheeled self-balancing vehicleAbstractIn recently years, the research of two-wheeled self-balancing robot has made a rapid development, the dynamics system of two-wheeled self-balancing vehicle is a multivariable, nonlinear, strong coupling system, and also ，it’s a typical devices to test a variety of control methods. Because of it has a small, flexible movement and zero turning radius. It will have a wide range of applications in military and civilian fields.In the article, it describes the Freescale MC9S12XS128 microcontroller-based control of two-wheeled self-balancing vehicle system to verify the classic PID control system in the dynamic balance . On this system, It used MPU6050 as the car state sensing system, and it used the Kalman filter to fuse the obtained angle data, and analyzed the effect of different filtering methods based on this. With incremental PID control PWM output and use TB6612FNG steering and speed control motors, enabling the car's self-balance control finally.Keywords: two-wheeled self-balancing system; the Kalman filter;HCS12;MPU6050目录摘要 (1)第1章绪论 (4)1.1 两轮自平衡机器人概述 (4)1.2 两轮自平衡机器人的发展 (4)1.3 方案论证及选择 (5)1.4 关键技术及目标 (6)1.4.1 姿态数据处理 (6)1.4.2 控制算法的实现 (7)1.4.3 目标 (7)第2章两轮自平衡小车的原理 (8)2.1 小车的直立控制 (8)2.2 倾角与角速度的测量 (12)2.3 本章小结 (12)第3章电路设计 (13)3.1 整体电路框图 (13)3.2 电源电路 (14)3.3 单片机最小系统 (15)3.3.1 S12单片机简介 (15)3.3.2 MC9S12XS128最小系统电路 (15)3.4 MPU6050 (16)3.4.1 MPU6050简介 (16)3.4.2 I2C通信 (17)3.5 电机驱动电路 (17)3.5.1 驱动芯片介绍 (17)3.5.2 驱动电路设计 (18)3.6 速度传感器电路 (19)3.6.1 光电编码器介绍 (19)3.7 无线遥控电路 (19)3.7.1 Pt2262简介 (19)3.7.2 Pt2262应用 (20)3.8 液晶显示电路 (21)3.8.1 LCD1602简介 (21)3.8.2 LCD1602电路 (21)3.9 车模控制电路全图 (22)3.10 本章小结 (24)第4章系统软件设计 (25)4.1 控制算法介绍 (25)4.2 S12单片机初始化 (26)4.2.1 锁相环初始化 (26)4.2.2 PWM模块初始化 (26)4.2.3 串行通信初始化 (26)4.2.4 外部中断初始化 (27)4.3 PID控制的实现 (27)4.4 姿态数据处理 (27)4.4.1 角度计算函数 (27)4.4.2 滤波方法分析与选择 (27)4.5 小车的运动控制 (31)4.6 无线遥控 (31)4.7 本章小结 (31)第5章系统调试 (33)5.1 软件调试工具 (33)5.2 系统调试工具 (33)5.3 系统硬件电路调试 (33)5.4 姿态检测模块调试 (33)5.5 Kalman滤波器参数的整定 (35)5.6 PID参数的整定 (35)5.7 本章小结 (36)第6章总结 (37)6.1 总结与展望 (37)参考文献 (39)附录 (41)附录一系统主控板 (41)附录二系统核心源码 (42)致谢 (45)第1章绪论两轮自平衡系统最早可追溯到上世纪80年代，日本电气通信大学的山藤一雄教授提出的基于倒立摆原理的自动站立机器人的模型被认为是两轮自平衡小车的构思起源。
两轮自平衡电动车论文：两轮电动车自平衡控制算法的研究
两轮自平衡电动车论文：两轮电动车自平衡控制算法的研究【中文摘要】两轮自平衡电动车是一种新型的交通工具,它与电动自行车和摩托车车轮前后排列方式不同,而是采用两轮并排固定的方式,就像一种两轮平行的机器人一样。
该系统是一种两轮左右平行布置的,像传统的倒立摆一样,本身是一个自然不稳定体,必须施加强有力的控制手段才能使之稳定。
其体积小、结构简单、运动灵活,适于在狭小和危险的空间内工作,在民用和军事上有着广泛的应用前景。
本课题旨在研制一种两轮电动车自平衡控制系统,其工作原理是系统以姿态传感器(陀螺仪、加速度计)来监测车身所处的俯仰状态和状态变化率,通过高速微控制器计算出适当数据和指令后,驱动电动机产生前进或后退的加速度来达到车体前后平衡的效果。
本文在总结和归纳国内外两轮自平衡小车的研究现状后,选用AtmeDgal16微控制器、德国冯哈勃Faulhaber带编码器空心杯减速电机2342L012、MMA226D加速度计传感器和EWTS82陀螺仪、驱动车轮、设计制作主板和电机驱动板,组装两轮自平衡电动车模型;通过C语言编写自平衡控制程序,烧录程序,实车验证所选用的控制算法可行性。
在研究过程中,本文首先通过建立动力学模型,运用拉格朗日方程来验证系统中三个自由度可否能控,并且求出控制算法中的四个K值,基于陀螺仪存在漂移的问题及加速度计的动态响应慢,对于系统的姿态检测而言,单独使用陀螺仪或者加速度计,都不能提供有效和可靠的信息来反映车体的实时状态。
本文对传感器两者所采集的数据进行了卡尔曼滤波优化处理,补偿陀螺仪的漂移误差和加速度计的动态误差,得到一个更优的倾角近似值。
基于在过程控制中,PID控制器一直是应用最为广泛的一种自动控制器,PID控制也一直是众多控制方法中应用最为普遍的控制算法,它解决了自动控制理论所要解决的最基本问题,既系统的稳定性、快速性和准确性,调节PID的参数,可实现在系统稳定的前提下,兼顾系统的带载能力和抗扰能力,同时在PID调节器中引入积分项,系统增加了一个零积点,使之成为一阶或一阶以上的系统,这样系统阶跃响应的稳态误差就为零。
两轮自平衡小车毕业设计04161120讲诉
两轮自平衡小车的设计摘要最近这几年来，自平衡电动车的研发与商用获得了快速发展。
自平衡车具有体积小，运动十分灵活，便利，节能等特点。
本文提出了一种双轮自平衡小车的设计方案，机械结构采用了双轮双马达驱动；控制主要采用的是反馈调节，为了使车体更好的平衡，使用了PID调节方式；硬件上采用陀螺仪GY521 MPU-6050来采集车体的旋转角度以及旋转角加速度，同时采用了加速度传感器来间接测量车体旋转角度。
采用意法半导体ST公司的低功耗控制器芯片stm32作为主控，采集上述传感器信息进行滤波，分析等操作后进而控制马达的驱动，从而达到反馈调节的闭环，实现小车的自动平衡。
系统设计，调试完成后，能够实现各个功能部件之间协调工作，在适度的干扰情形下仍然能够保持平衡。
同时，也可以使用手机上的APP通过蓝牙与小车通信控制小车的前进和后退以及转弯。
关键词：自平衡小车陀螺仪传感器滤波APPDesign of Two-Wheel Self-Balance VehicleAbstractIn the last few years, with the development of commercial self balancing electric vehicle was developed rapidly. Self balancing vehicle has the advantages of small volume, the movement is very flexible, convenient, energy saving etc.. This paper presents a two wheeled self balancing robot design, mechanical structure adopts double motor drive; controlled mainly by the feedback regulation, in order to make the balance of the body better, with the PID regulation; hardware using gyroscope GY521 mpu-6050 to collect the rotation angle of the car body and the rotation angle acceleration. At the same time, acceleration sensor to measure indirectly body rotation angle. St, the low power consumption controller STM32 chip used as the main control, collecting the sensor information filtering, analysis backward and control motor drive, so as to achieve close loop feedback regulation, the realization of the car automatic balance. System design, debugging is completed, the coordination between the various functional components can be achieved, in the case of moderate interference can still maintain a balance. At the same time, you can also use the APP on the mobile phone with the car to control the car's forward and backward and turning.Key Words: Self balancing car gyroscope sensor filter APP目录1.绪论 (1)1.1研究背景与意义 (1)1.2自平衡小车的设计要点 (1)1.2.1整体构思 (1)1.2.2姿态检测系统 (1)1.2.3控制算法 (2)1.3本文主要研究目标与内容 (2)1.4论文章节安排........................................................................................ 错误!未定义书签。
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关键词：双轮自平衡车 陀螺仪
加速度计
互补滤波
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北京科技大学本科生毕业设计（论文）
TWO-WHELLED SELF-BALANCING CEHICLE
Abstract
In recent years , with the city getting crowded, two-wheeled self-balancing vehicle by virtue of its low noise, high energy efficiency , small footprint, simple operation, 0 radius turns , etc. has become a new means of transport , has a broad application prospects. Two-wheeled self-balancing vehicle symmetrical layout, use of accelerometers and gyroscopes in collaboration with each other before and after the tilt angle and angular velocity detection , while taking advantage of the sliding rheostat for testing self-balancing vehicle steering control lever tilt angle , and the information output to the microcontroller, by appropriate control algorithm to calculate the amount of control , drive motor , and completed self-balancing vehicle forward, backward and turning such action . Just after the driver body to lean forward or backward, scooter will tilt forward or backward depending on the direction , and the speed and extent of the driver 's body is proportional to the tilt . Left and right turn of the vehicle body inclination angle of the steering wheel to control the different angle of inclination corresponding to the difference between the motor at different speeds .
1.1 国内外自平衡电动车研究及发展现状 .................................................................2 1.1.1 国外的研究现状............................................................................................2 1.1.2 国内的研究现状............................................................................................5
Key Words：Two-wheeled Self-balancing Vehicle Complementary Filter
Gyroscope
Accelerometer-3-北京科技大学科生毕业设计（论文）目录
摘 要 .................................................................................................................................1 Abstract .................................................................................................................................... 2 引 言 .................................................................................................................................1 1 绪论 .....................................................................................................................................2
北京科技大学本科生毕业设计（论文）
摘要
几年来，随着城市越来越拥挤，两轮自平衡车凭借着它噪音小、能源利用率高，占 地面积小、操控简单、0 半径转弯等优点，逐渐成为一种新型时尚的代步工具，有着广 泛的应用前景。自平衡车两轮左右对称布置，利用加速度计与陀螺仪互相协作进行前后 倾斜角度检测，同时利用角位移传感器进行自平衡车转向控制杆左右倾斜角度的检测， 并将信息输出给单片机，通过相应的控制算法计算出车辆的控制量，用该控制量驱动电 机工作，完成自平衡车前进、后退与转向等动作。驾驶者只需改变身体的重心，自平衡 车就会根据俯仰的方向前进或后退，而车辆的速度则与驾驶人身体倾斜的程度呈正比。 车体的转弯通过车把的左右倾斜角度来控制，不同的倾斜角度对应电机不同的速度差。
自平衡车系统设计的难点在于怎么釆用成本低廉的惯性传感器进行准确的姿态检测 与系统控制算法的设计。加速度计信号噪声大且易受动态加速度干扰，釆用平滑滤波去 噪，可以有效去除噪声，但仍很容易受到外界加速度影响；陀螺仪很好的消除了动态加 速度的影响，但是随着陀螺仪的温漂，积分出的角度会存在很大的偏差；所以单独使用 陀螺仪或者加速度计，都不能获得有效而可靠的信息来保证车辆的平衡，所以釆用互补 滤波对陀螺仪和加速度计输出信号进行融合，可以抑制动态加速度的干扰和陀螺仪的误 差，但同时输出的波形存在一定的过冲现象。通过参数调整，建立一个系统，可以有效 去除过冲现象。通过以上方法，可以准确并及时的釆集到自平衡车姿态信息，为控制算 法的设计奠定良好的基础。
1.2 开展研究的意义 .......................................................................................................8 2 整车系统结构...................................................................................................................12
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北京科技大学本科生毕业设计（论文）