基于飞思卡尔单片机的两轮车控制系统设计
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i nf or ma i t on t O c o nt rol he t d i r e c ion t oft he c a r . Fi n a l l y, t he C O X‘ S s pe e d a nd d i r e c u on a t e c ont r o l l e d b y a D C mo t or dr i ve mod u l e t hr ou g h he t PI D a l g o r i t hm t a ke p l a c e b y t x l r n i n a n a l t e ma t e l y ix f e d c y c l e, t O ma ke s u r e he t C a t C n a t r a ve l a I o “g a ny d e f a ul t r out e s . Ke yw or ds : Fr e e s c a l e; mi c r oc o nt r oH e r ;t wo- whe de d; ba l a n c e; c a me r a
I 一
婴塞……………………….
基于飞思卡 尔单 片机 的两轮车控制 系统设计
西南科技 大学信 息工程 学院 王 悦 杨文超 陈晓琴 赵 思蕊
W AN G Yue, YAN G W e n—c ha o, CH EN Xi a o—qi n, ZH A O Si —r ui , i Li
【 摘要 】本文设计 了一种基于 飞思卡尔单片机的两轮车控 制系统。该系统 以飞思卡 尔单片机为核心 ,采用加速 度传 感器和 陀螺仪来检 测小车当前姿态 ,结合 互补 滤波算法控制小 车的平衡 ;然后 由摄像 头检 测路 况信息,控制小车的行驶方 向;最后采用P I D算法通过直流 电机驱动 电路在固定的周期 内交替地控制小车的平衡和 行驶方 向,使小 车按预设轨道行进 。
主 控 制 器 模 块
武
丽
加 速 度 检 测 模 块 角 速 度 检 测 模 块 液 晶 显 示 模 块
(S o u t h we s t u n i v e r s i t y o f s c i e n c e a n d t e c h n o l o g y,M i a n y a n g 6 2 1 0 1 0 ,C h i n a)
S t ud y o f Tw o。 _ 。 w he e l e d Ca r S y s t e m Ba s e d o n Fr e e s c a l e Mi c r oc o nt r Leabharlann Baidu l l e r
径 信 息 检 测 模 块 车 速 检 测 模 块
串 口 调 试 模 块
【 关键词 】飞思卡 尔;单 片机 ;两轮 ;平衡 ;摄像 头
Ab s t r a c t :T h i s a r d d e d e s i g n s a t wo - wh e e l e d C a t " c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n F r e e s c a l e mi c r o c o n ro t l l e r . T h i s s y s t e m t a k e s F r e e s c a l e mJ . c r o c o n t r o l e r a S c o r e ,u s e s t h e a c c e l e r a i t o n s e n s o r a n d g y r o s c o p e t o d e t e c t he t c a r ’s c u r r e n t p o s t u r e ,c o mb ne i s wi h t he t c o mp l e me n t a r y i f l t e r a l g o r i hm t t o c o n ro t l he t c a r ’ S b a l a n c e . T h e n ,t h i s s y s t e m u s e s c a me r a t O d e t e c t he t p a h t
块 、加 速度 检测 模 块 、角 速 度检 测 模块 、 直流 电机 驱 动模 块 、 液 晶显 示模 块 、 串 口 调 试 等 功能 模块 构 成 。在 电源管 理 模块 为 系统 提 供稳 定 电源 的 基础 上 ,单 片 机把 加 速 度 和 角速 度检 测 模 块获 得 的 小车 姿态 信 息 、路 径信 息检 测 模 块获 得 的 小车 前进 方 果。 向信 息 、车 速检 测 模 块返 回的车 速 信 息通 2 . 系统 设计与 原理 过 PI D 算 法控 制 直 流 电机 驱 动模 块 , 以使 本 系 统 以 飞 思 卡 尔 公 司 生 产 的 得 小 车 在保 持 直立 的 前提 下 快速 地 行 驶 。 M C 9 S 1 2 X S I 2 8 单 片机为 控制核 心 ,主要 由 电 液 晶显 示模 块 可 以实 时地 显 示 系统 相 关参 源 管 理模 块 、 路径 检测 模 块 、车 速 检测 模 数 ,串 口调 试模 块 把 接收 到 单 片机 的 数据 送 往 上 位机 ,方便 相 关参 数 及波 形 的 实时 观 察和调 试 。系统框 图如 图1 所示。 3 . 系统 硬件设 计 3 . 1主控制 器模块 本 系 统 的主 控制 器 是 飞思 卡 尔公 司生 产 的l 6 位M C 9 S 1 2 X S 1 2 8 单 片机 ,它负 责对 智 能车 所 采集 到 的信 号 进 行处 理 并 向各 个功 图 1系 统 框 图 能模块 发送 控制信 号 。M C 9 S 1 2 X S 1 2 8 单片机 7 . 2 v 电池 最高 总线频 率可 达4 0 M H z ,片 内资源包 括8 K R A M 、8 K E E P R O M 和1 2 8 K F l a s h ,拥有 4 路8 L 9 4 o _ 5 v 1 3 1 7 v 位或 2 路I 6 位 脉宽 调 制模 块 ( P W M)、 2 个8 路1 0 位A / D 转 换器 和 带有 l 6 位 计数 器 的8 通 道定 时器 、U A R T 、P I T 、I 2 C 、F T M 等 外部接 口模块 。 3 . 2 电源管 理模块 可 靠 的 电源 是系 统 稳定 运 行 的前 提 。 本系 统 采用 额 定 电压 7 .2 V、 额 定 容 量 2 0 0 0 m A h 的镍镉 电池 作为动 力源 。为减 小 电 图2 系统 电源管理模块框 图 源纹 波 ,获 得 更稳 定 的供 电 电压 ,本 系统 选用 串联线 性稳 压 芯 片L M 2 9 4 0 搭 建5 v 稳压 厂 — 电路 ,并 分 别 向主控 制 器模 块 、 路径 信 息 检测 模 块 、 车速 检测 模 块 、加 速 度检 测模 块 、角 速度 检 测 模块 、液 晶显 示 模块 和 串
I 一
婴塞……………………….
基于飞思卡 尔单 片机 的两轮车控制 系统设计
西南科技 大学信 息工程 学院 王 悦 杨文超 陈晓琴 赵 思蕊
W AN G Yue, YAN G W e n—c ha o, CH EN Xi a o—qi n, ZH A O Si —r ui , i Li
【 摘要 】本文设计 了一种基于 飞思卡尔单片机的两轮车控 制系统。该系统 以飞思卡 尔单片机为核心 ,采用加速 度传 感器和 陀螺仪来检 测小车当前姿态 ,结合 互补 滤波算法控制小 车的平衡 ;然后 由摄像 头检 测路 况信息,控制小车的行驶方 向;最后采用P I D算法通过直流 电机驱动 电路在固定的周期 内交替地控制小车的平衡和 行驶方 向,使小 车按预设轨道行进 。
主 控 制 器 模 块
武
丽
加 速 度 检 测 模 块 角 速 度 检 测 模 块 液 晶 显 示 模 块
(S o u t h we s t u n i v e r s i t y o f s c i e n c e a n d t e c h n o l o g y,M i a n y a n g 6 2 1 0 1 0 ,C h i n a)
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径 信 息 检 测 模 块 车 速 检 测 模 块
串 口 调 试 模 块
【 关键词 】飞思卡 尔;单 片机 ;两轮 ;平衡 ;摄像 头
Ab s t r a c t :T h i s a r d d e d e s i g n s a t wo - wh e e l e d C a t " c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n F r e e s c a l e mi c r o c o n ro t l l e r . T h i s s y s t e m t a k e s F r e e s c a l e mJ . c r o c o n t r o l e r a S c o r e ,u s e s t h e a c c e l e r a i t o n s e n s o r a n d g y r o s c o p e t o d e t e c t he t c a r ’s c u r r e n t p o s t u r e ,c o mb ne i s wi h t he t c o mp l e me n t a r y i f l t e r a l g o r i hm t t o c o n ro t l he t c a r ’ S b a l a n c e . T h e n ,t h i s s y s t e m u s e s c a me r a t O d e t e c t he t p a h t
块 、加 速度 检测 模 块 、角 速 度检 测 模块 、 直流 电机 驱 动模 块 、 液 晶显 示模 块 、 串 口 调 试 等 功能 模块 构 成 。在 电源管 理 模块 为 系统 提 供稳 定 电源 的 基础 上 ,单 片 机把 加 速 度 和 角速 度检 测 模 块获 得 的 小车 姿态 信 息 、路 径信 息检 测 模 块获 得 的 小车 前进 方 果。 向信 息 、车 速检 测 模 块返 回的车 速 信 息通 2 . 系统 设计与 原理 过 PI D 算 法控 制 直 流 电机 驱 动模 块 , 以使 本 系 统 以 飞 思 卡 尔 公 司 生 产 的 得 小 车 在保 持 直立 的 前提 下 快速 地 行 驶 。 M C 9 S 1 2 X S I 2 8 单 片机为 控制核 心 ,主要 由 电 液 晶显 示模 块 可 以实 时地 显 示 系统 相 关参 源 管 理模 块 、 路径 检测 模 块 、车 速 检测 模 数 ,串 口调 试模 块 把 接收 到 单 片机 的 数据 送 往 上 位机 ,方便 相 关参 数 及波 形 的 实时 观 察和调 试 。系统框 图如 图1 所示。 3 . 系统 硬件设 计 3 . 1主控制 器模块 本 系 统 的主 控制 器 是 飞思 卡 尔公 司生 产 的l 6 位M C 9 S 1 2 X S 1 2 8 单 片机 ,它负 责对 智 能车 所 采集 到 的信 号 进 行处 理 并 向各 个功 图 1系 统 框 图 能模块 发送 控制信 号 。M C 9 S 1 2 X S 1 2 8 单片机 7 . 2 v 电池 最高 总线频 率可 达4 0 M H z ,片 内资源包 括8 K R A M 、8 K E E P R O M 和1 2 8 K F l a s h ,拥有 4 路8 L 9 4 o _ 5 v 1 3 1 7 v 位或 2 路I 6 位 脉宽 调 制模 块 ( P W M)、 2 个8 路1 0 位A / D 转 换器 和 带有 l 6 位 计数 器 的8 通 道定 时器 、U A R T 、P I T 、I 2 C 、F T M 等 外部接 口模块 。 3 . 2 电源管 理模块 可 靠 的 电源 是系 统 稳定 运 行 的前 提 。 本系 统 采用 额 定 电压 7 .2 V、 额 定 容 量 2 0 0 0 m A h 的镍镉 电池 作为动 力源 。为减 小 电 图2 系统 电源管理模块框 图 源纹 波 ,获 得 更稳 定 的供 电 电压 ,本 系统 选用 串联线 性稳 压 芯 片L M 2 9 4 0 搭 建5 v 稳压 厂 — 电路 ,并 分 别 向主控 制 器模 块 、 路径 信 息 检测 模 块 、 车速 检测 模 块 、加 速 度检 测模 块 、角 速度 检 测 模块 、液 晶显 示 模块 和 串