两轮自平衡小车的软件设计-开题报告
两轮自平衡小车实习报告
实习报告：两轮自平衡小车设计与实现一、实习背景及目的随着科技的发展，机器人技术在各领域中的应用越来越广泛。
两轮自平衡小车作为一种具有自平衡能力的新型轮式车，能够在工业生产、安防系统、智能家居、物流网等领域发挥重要作用。
本次实习旨在学习和掌握两轮自平衡小车的设计原理和技术，培养实际动手能力和创新能力。
二、实习内容与过程1. 理论研究在实习开始阶段，我们对两轮自平衡小车的基本原理进行了深入研究。
通过查阅相关资料，了解了两轮自平衡小车的运动学模型、控制算法以及硬件系统设计等方面的知识。
2. 硬件设计根据实习要求，我们设计了两轮自平衡小车的硬件系统。
主要包括STM32单片机、陀螺仪、蓝牙模块、电机驱动模块、电源管理模块等。
在设计过程中，我们充分考虑了系统的稳定性和可靠性，选择了合适的硬件组件，并完成了各模块之间的电路连接。
3. 软件设计在软件设计阶段，我们采用了PID控制算法，实现了直立控制、速度控制和方向控制等功能。
通过编写程序，使得两轮自平衡小车能够在一定时间内自助站立并保持平衡。
同时，利用蓝牙模块实现了手机APP远程控制功能，方便用户对小车进行操作和控制。
4. 系统调试与优化在系统调试阶段，我们通过对小车的实际运行情况进行观察和分析，不断调整PID 参数，优化控制策略，提高了小车的平衡控制精度和稳定性。
同时，针对小车在实际运行中可能遇到的各种问题，我们采取了相应的措施，保证了系统的可靠性和安全性。
三、实习成果与总结通过本次实习，我们成功设计和实现了两轮自平衡小车。
小车具备了自平衡能力，能够在不同地形环境中灵活运动。
同时，通过手机APP远程控制功能，用户可以方便地对小车进行操作和控制。
总结：本次实习让我们深入了解了两轮自平衡小车的设计原理和技术，锻炼了实际动手能力和创新能力。
通过实习，我们掌握了PID控制算法在实际控制系统中的应用，学会了如何优化系统参数，提高了系统的控制精度和稳定性。
同时，我们也认识到在实际设计和实现过程中，需要充分考虑系统的可靠性和安全性，以满足实际应用需求。
两轮平衡小车实习报告
两轮平衡小车实习报告一、前言随着科技的不断发展，机器人技术逐渐应用于各个领域，其中两轮平衡小车作为一种具有自平衡能力的新型轮式车，引起了广泛的关注。
本次实习报告主要介绍了两轮平衡小车的原理、设计及实际操作过程。
二、两轮平衡小车原理两轮平衡小车主要由控制系统、传感器、执行器等部分组成。
其工作原理是通过传感器实时检测车体姿态，将车体姿态信息传输给控制系统，控制系统根据车体姿态信息计算出相应的控制策略，并通过执行器实现对车轮的动态调整，使小车保持平衡。
三、两轮平衡小车设计1.硬件设计本次设计的两轮平衡小车采用STM32单片机作为控制核心，配备有MPU6050传感器用于姿态检测，使用TB6612FNG电机驱动模块实现车轮的控制。
此外，还使用了OLED显示屏用于显示实时数据。
2.软件设计在软件设计方面，主要采用了PID控制算法来实现车体的平衡控制。
首先，对MPU6050传感器采集到的数据进行处理，计算出车体的倾角；然后，根据倾角信息计算出控制电压，通过TB6612FNG电机驱动模块对车轮进行控制，以保持车体的平衡。
四、两轮平衡小车实际操作过程1.调试过程在实际操作过程中，首先需要对小车进行调试。
通过调整小车的重心位置，使其能够稳定站立。
调试过程中，发现小车在高速运动时容易失去平衡，通过减小驱动电压，提高小车的稳定性。
2.平衡控制实现在平衡控制实现方面，通过实时检测车体姿态，并根据姿态信息计算出控制电压，实现对车轮的控制。
在实际操作中，发现小车在平衡状态下运行平稳，能够实现前进、后退、转向等基本功能。
3.避障功能实现为了提高小车的实用性，我们为其添加了避障功能。
通过使用HC-SR04超声波传感器，实时检测小车前方的障碍物距离，并在检测到障碍物时，自动调整小车方向，实现避障。
五、总结通过本次实习，我们对两轮平衡小车的原理、设计及实际操作过程有了深入的了解。
两轮平衡小车作为一种具有自平衡能力的新型轮式车，具有占地面积小、转弯灵活等优点，其在未来的应用前景广阔。
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。
两轮自平衡小车的模糊滑模控制研究的开题报告
两轮自平衡小车的模糊滑模控制研究的开题报告第一部分：研究背景随着科技的迅速发展，人们对机器人的需求也越来越大。
而两轮自平衡小车作为其中一种机器人，被广泛应用于各个领域，如军事、安防、医疗、物流等。
在这些领域中，自平衡小车需要能够稳定运行，并具有高精度和高速度的控制能力。
因此，如何实现自平衡小车的精确控制成为当前的研究热点之一。
在自平衡小车控制领域，目前流行的控制方法包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
其中，模糊控制是一种以模糊集合和模糊规则为基础的控制方法，具有适应性强、灵活性高、在环境变化时能有效地应对等优点。
而滑模控制则是一种对系统动态特性强鲁棒性的控制方法。
第二部分：研究目的与意义本研究旨在结合模糊控制和滑模控制两种控制方法，研究两轮自平衡小车的模糊滑模控制。
通过建立自平衡小车的数学模型，设计模糊滑模控制器，并在MATLAB/Simulink中进行仿真实验，验证控制算法的有效性和鲁棒性。
本研究的意义在于探究一种新的自平衡小车控制方法，以提高自平衡小车的运动精度和鲁棒性，并为未来进一步研究奠定基础。
第三部分：研究内容和方案本研究的研究内容和方案分为以下几个步骤：1. 自平衡小车动力学建模通过对两轮自平衡小车的动力学特性进行分析，建立自平衡小车的运动方程，同时对系统进行状态空间描述，得到系统状态方程。
2. 模糊滑模控制设计基于自平衡小车的数学模型，设计模糊滑模控制器。
其中，模糊控制器通过分析系统输出与期望输出之间的误差，引入模糊规则进行调节；滑模控制器则通过引入滑模面使系统在特定区域内运动，并消除外部扰动的影响。
3. MATLAB/Simulink仿真实验将控制算法输出的控制信号和系统状态方程输入到MATLAB/Simulink模拟平台中，进行仿真实验。
在仿真过程中，模拟外部扰动和干扰，以验证控制算法的鲁棒性和有效性。
第四部分：预期成果通过本研究的探究，预计能够得到以下预期成果：1. 建立两轮自平衡小车的数学模型，并验证模型的准确性；2. 设计模糊滑模控制器，并验证控制算法在控制小车运动中的有效性、鲁棒性和适应性；3. 通过仿真实验，验证控制算法的实用性和优越性。
两轮自平衡小车角度检测软件设计
编号毕业设计（论文）题目两轮自平衡小车角度检测软件设计二级学院应用技术学院专业电气工程及其自动化班级 108217401学生姓名钱艳学号10821740136指导教师周鹏职称讲师时间 2012年5月目录摘要 (I)Abstract............................................................................................................................. I I1 概述 (1)1.1 两轮自平衡小车的研究意义 (1)1.2两轮自平衡小车的发展历程和国内外研究现状 (2)1.2.1 国外研究现状 (2)1.2.2国内研究成果 (3)1.2.3国内外研究分析总结 (4)1.3 本人所做工作 (4)2两轮自平衡小车整体设计 (6)2.1机械系统的设计 (6)2.2 控制系统的设计 (8)2.2.1主控制器模块 (9)2.2.2角度检测模块 (10)3 两轮自平衡小车常见数学模型及控制算法 (11)3.1动力学模型及其参数说明 (11)3.2控制算法的设计 (12)3.2.1平衡控制 (12)3.2.2 直行和转弯控制 (13)3.2.3小车运动的精确控制 (14)4 两轮自平衡小车角度检测的软件设计 (16)4.1 系统模块结构框图 (16)4.2主程序模块 (16)4.3 I2C总线模块 (19)4.3.1 I2C总线的概念 (19)4.3.2 I2C总线的起始和停止条件 (20)4.3.3 数据传输格式 (21)4.3.4 响应 (21)4.4 加速度传感器模块 (22)4.4.1 ADXL345概念 (22)4.4.2 ADXL345的I2C连接 (23)4.4.3 ADXL345的功耗模式 (25)4.4.4 ADXL345的初始化 (26)4.4.5 连续读出ADXL345内部加速度数据 (32)4.5 液晶显示模块 (35)4.5.1 管脚功能 (35)4.5.2 LCD1602控制指令 (36)4.5.3 LCD1602内部显示地址 (37)4.5.4各轴速度的显示 (38)4.5.5 倾角的显示 (41)5 结论 (43)参考文献 (45)附录 (46)文献综述 (58)摘要本文的研究对象是两轮自平衡小车，对两轮自平衡小车的研究能有效地反映控制中的许多典型问题：如非线性问题、鲁棒性问题、镇定问题、随动问题以及跟踪问题等。
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。
两轮平衡车建模与系统设计的开题报告
两轮平衡车建模与系统设计的开题报告
一、选题背景
随着技术的不断发展，越来越多新型的运动方式开始普及，其中，
两轮平衡车逐渐成为了时尚休闲运动的代表。
而二十一世纪初，随着马
达电动机和陀螺仪等技术的成熟，两轮平衡车得以实现电动化，从而吸
引了更多人的关注。
但是目前，两轮平衡车市场存在着诸多问题，如车
身稳定性、动力系统的优化、安全性等方面，这些问题都需要通过建模
与系统设计加以解决。
二、研究意义
本次研究旨在建立两轮平衡车的动力学模型和控制模型，通过仿真
的方式对两轮平衡车进行控制策略的评估，并提出制约两轮平衡车系统
稳定性和控制性能的因素，从而为两轮平衡车的设计与控制提供必要的
理论基础和技术支持。
三、研究内容
本次研究主要内容包括以下三个方面：
1. 两轮平衡车的动力学建模
2. 控制系统的设计与实现
3. 仿真验证与性能评估
四、研究方法
1. 建立两轮平衡车的动力学模型，包括运动学模型和动力学模型。
2. 设计控制策略，包括PD控制策略、LQR控制策略等。
3. 建立基于MATLAB/Simulink的仿真模型，对两轮平衡车进行模拟。
4. 通过仿真模型验证控制策略的有效性，并对控制性能进行评估。
五、预期目标
本次研究的预期目标为，建立较为准确的两轮平衡车动力学模型和控制模型，实现控制策略的设计与实现，通过仿真验证控制策略的有效性，并提出优化建议。
期望该研究的成果能够为两轮平衡车的设计与控制提供理论依据和技术支持。
二轮平衡车系统的算法研究的开题报告
二轮平衡车系统的算法研究的开题报告一、选题背景随着城市化进程的加快，个人出行工具的种类也越来越多。
而二轮平衡车作为一款新型出行工具，因其小巧便携、省时省力、环保节能等特点，被越来越多的人所青睐。
然而，二轮平衡车的控制技术涉及多个学科，如机械、电子、控制等，其中算法研究是二轮平衡车控制的重要组成部分。
因此，对二轮平衡车控制算法的研究，有着重要的理论和实际意义。
二、研究内容本次开题报告的研究内容为二轮平衡车系统的算法研究，主要包括以下几个方面：1. 算法原理分析：分析二轮平衡车控制算法的原理，对常见的PID控制算法、模糊控制算法、神经网络控制算法等进行深入剖析。
2. 模型建立与仿真：建立二轮平衡车的数学模型，并基于MATLAB平台进行仿真。
3. 实验设计与数据采集：设计实验方案，通过传感器采集实验数据。
4. 算法优化研究：基于实验数据对算法进行优化研究，提高控制效果。
三、研究意义本次研究旨在深入探究二轮平衡车控制算法的原理与实现方式，并在此基础上进行实验验证和优化研究。
对于提升二轮平衡车的控制效果，实现更加精准、稳定的控制具有重要意义。
同时，研究成果也可以为二轮平衡车的进一步研发提供参考。
四、研究方法本次研究采用了文献综述、理论研究、仿真实验、数据采集和算法优化等研究方法，从理论到实验全方位地探讨二轮平衡车算法优化的问题。
五、研究进度目前，本次研究已完成文献综述和算法原理的分析，正在进行二轮平衡车的模型建立和仿真实验设计的工作。
六、预期成果预计本次研究的成果将包括：1. 二轮平衡车控制算法的原理分析和仿真实验结果。
2. 二轮平衡车的控制效果优化研究成果。
3. 研究论文和报告。
七、结论本次研究旨在深入探究二轮平衡车控制算法的原理和实现方式，并通过实验验证和优化研究，提高控制效果。
预期成果包括算法原理分析、仿真实验结果和研究成果等。
通过本次研究的探讨，将探索二轮平衡车控制技术的发展方向，为二轮平衡车的应用和发展提供参考。
自平衡小车开题报告
Department of Control Science and Engineering in HIT Shenzhen平衡小车设计方案
组员 黄涛 陶玉龙 王亚龙 梁华盛
哈尔滨工业大学深圳研究生院 控制科学与工程
Department of Control Science and Engineering in HIT Shenzhen Graduate School
哈尔滨工业大学深圳研究生院 控制科学与工程
Department of Control Science and Engineering in HIT Shenzhen Graduate School
硬件电路搭建： （1） 单片机最小系统：包括AVR单片机，程序下 载调试接口等； （2） 陀螺仪与加速度计：包括传感器信号放大滤 波电路； （3） 速度检测：检测电机光电码盘脉冲频率； （4） 电机驱动：驱动两个电机运行功放电路； （5） 电源：电源电压转转换，稳压，滤波电路； （6）设置与调试：显示系统运行状态与监控
哈尔滨工业大学深圳研究生院 控制科学与工程
Department of Control Science and Engineering in HIT Shenzhen Graduate School
五.可行性分析
目前我们组的定位是首先AVR单片机控制电路实 现小车自主平衡。速度和方向控制计划用红外遥 控实现，放弃使用在软硬件设计方面要求很高的 自主寻迹。
谢谢
电机运动控制作用： 1.通过电机加速度控制实现 小车平衡稳定。 2.通过电机速度控制，实现 小车恒速运行和静止。 3.通过电机差速控制，实现 小车方向控制。
哈尔滨工业大学深圳研究生院 控制科学与工程
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。
DSP实验开题报告
实验开题报告——两轮自平衡小车小组负责人：康鹏；组员：黎明光，江立斌，李玲瑶自平衡小车作为移动机器人的一种，是一个研究关于不稳定、多耦合、时变、参数不确定的非线性高阶方程问题。
作为一个不稳定的系统模型，非常适合我们做姿态控制系统研究。
我们先用动力学方法，对自平衡小车系统做力学建模，对自平衡小车的硬件结构做出设计。
同时，为了改善系统性能，我们设计一个数字滤波算法。
最后，我们设计出自平衡小车相应的控制算法。
自平衡小车是基于倒立摆的一种不稳定系统。
因其具有可以实现原地回转和任意半径转向，移动轨迹灵活且减少占地面积等特点，所以是一个极具潜力的实验平台。
同时通过对自平衡小车控制进行研究，它的成果能够推广到其他类似的领域，其因而成为了国内外研究的热点之一。
目前国内外学者已经制作出了各种类型的二轮自平衡小车。
本文主要通过对自平衡小车进行动力学分析，建立数学模型以及设计数字滤波器等手段，为两轮自平衡小车的设计以及控制算法的优化提供依据。
1 动力学建模[1]为地面对车轮的摩擦力，为车体对车轮作用力的水平分量，为电机输出给车轮的作用力矩，为车轮质量，为车轮位移，R 为车轮半径，I 为车轮的转动惯量，为车轮转过角度。
先对一个车轮建立方程，由牛顿第二定律得水平方向合力为得(1-1)绕轮轴心的转动力矩角加速度转动惯量⨯=∑0M所以(1-2)(1-1)和(1-2)约去得到(1-3)转动半径线加速度角加速度=∴∴(1-4)F为两个车轮对车体的水平作用力的合力且，N为两个车轮对车体的垂直作用力合力，为车体质量，为车体轴线和铅垂线的夹角。
水平方向上对车体进行建模为车体在水平方向的位移，为车轮在水平方向的位移，为车体质心相对于车轮的水平位移。
车体水平方向合力(1-5)F 为车轮对车架的水平推力，为车架转动时的向心加速度在x 方向的水平分量，为车价摆动时垂直于车架产生的惯性力在水平方向的分力。
沿车架垂直方向的合力为又∵∴(1-6)以质心为转轴合外力矩(1-7)由(1-4)和(1-5)消去F 得=++22222)(2dt X d R I m dt X d m Lc cp p c p p c Ldt d l m dt d l m R M θθθθcos sin )(222--（1-8）由(1-6)*l+(1-7)得(1-9)∵∴p θ为小角度∴做近似代换p p θθ≈sin∴1cos ≈p θ∴有(1-10)将(1-8)和(1-9)线性化后联立得到∴整理得解得因为我们只考虑两轮转速相同，小车沿直线前进的情况∴我们可以得到结论，车体的偏转角和电机输出的力矩和当前车体在水平方向的加速度有关。
双轮自平衡小车项目设计报告
电子与信息工程学院项目设计报告项目名称双轮自平衡小车设计专业电子信息科学与技术目录一自平衡小车的总体方案设计 (4)1、自平衡小车的设计方案 (4)2、自平衡小车的总体框图 (4)二系统的具体设计与实现 (5)1、单片机控制模块 (5)2、陀螺仪加速度计模块 (5)3、光码盘测速模块 (7)4、稳压模块 (8)5、电机驱动模块 (9)6、LCD1602显示模块 (12)三软件系统设计 (18)1、设计思想 (18)（1）PID技术 (18)（2）应用现状 (18)（3）PID调节规律 (19)（4）极点配置 (20)（5）极点配置条件 (20)（6）极点配置控制器 (23)2、程序流程图 (24)3、程序代码 (25)摘要随着科技进步，生活水平的提高，人们追求智能与舒适的愿望也日益强烈。
从而催生了许多智能化的产品。
如智能电视、智能小车等。
如何实现小车的小车的自动快捷驾驶，也成为人们心中的向往与疑问，基于这种趋势与需求，着眼于实际情况。
本文介绍了基于STC90C51单片机的自平衡小车系统的设计。
系统基于陀螺仪等传感器，利用PID平衡算法，对小车的速度倾斜角度平衡状态来进行检测，并通过单片机来控制电机来实现双轮小车自如平衡地运动。
从而实现小车智能自主控制的目的。
关键词：STC90C51 自平衡PID算法该自平衡小车，采用STC90C51单片机和各种传感器的组合，构成了自平衡小车系统。
其系统主要由以下几个部分组成：单片机控制系统、陀螺仪加速度检测模块、光码盘测速模块、稳压模块、电机驱动模块、LCD1602显示模块组成。
本设计的自平衡小车工作原理：给小车通电，平衡放在地上，当小车开始倾斜时，陀螺仪及时地采集的小车倾斜角度数据传给单片机，而加速度计将车子倾斜的瞬时加速度采集后也传给单片机，同时，光码测速仪也将车子的实时速度采集后传给单片机。
单片机系统收集到以上三组数据，对数据进行量化处理后，在PID 平衡算法的控制下，控制电机及时地做出前进或后退或加速或减速的反应，使车子在一个小角度范围内做平衡地来回摆动，以保持车子的不倒。
两轮自平衡小车----中期报告
软件的主要功能包括有：
（1）各传感器信号的采集、处理；
（2）电机PWM输出；
（3）车模运行控制：直立控制、速度控制、方向控制；
（4）车模运行流程控制：程序初始化、车模启动与结束、车模状态监控；
（5）车模信息显示与参数设定：状态显示、上位机监控、参数设定等。
上述功能可以分成两大类：
如果一旦处于直立状态则启动车模直立控制、方向控制以及速度控制。程序在主循环中不停发送监控数据，
跌倒判断可以通过车模倾角是否超过一定范围进行确定，或者通过安装在车模前后防撞支架上的微动开关来判断。一定车模跌倒，则停止车模运行。包括车模直立控制、速度控制以及方向控制。然后重新进入车模直立判断过程。车模的直立控制、速度控制以及方向控制都是在中断程序中完成。通
从上面任务中断时间波形可以得到每个任务消耗的时间：
在中断退出之后，程序执行主程序，完成车模运行和监控调试。
二、存在问题及解决措施
存在问题：1.在设计中应用到一些曾未学过的芯片，对芯片的理解及应用有些吃力。
2.本设计对软件知识要求较高，自己在这方面有点缺欠。
3.自己对DSC的模块了解还不很透彻，对其配置的掌握能力不够。
解决措施：在做设计的同时加强对软件开发和对DSC模块知识的认识和了解，并多看一些课外资料增加对新知识的了解。
三、后期工作安排
11周------13周针对性的对设计进行进一步的了解
14周------15周撰写及修改毕业论文
16周------18周准备论文答辩
注：1、正文：宋体小四号字，行距22磅。
2、中期报告装订入毕业设计（论文）附件册。
中断程序框架如图所示。
上图表明，使用DSC的一个定时器，产生一毫秒的周期中断。中断服务程序的任务被均匀分配在0-4的中断片段中。因此每个中断片段中的任务执行的周期为5毫秒，频率为200Hz。将任务分配到不同的中断片段中，一方面防止这些任务累积执行时间超过1毫秒，扰乱一毫秒中断的时序，同时也考虑到这些任务之间的时间先后顺序。当然也可以将所有的中断任务都合并在一起，使用一个5毫秒的中断来完成。
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。
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：两轮直立小车的软件设计
院（系）电子信息工程学院
专业电气工程及其自动化
班级090415
姓名吕韬锐
学号*********
导师秦刚
2013年3月5日
1.毕业设计（论文）综述（题目背景、国内外相关研究情况及研究意义）
（1）、题目背景
两轮直立小车技术是一种横跨多个学科的综合技术，随着计算机技术、软件技术、微电子技术、通信技术、材料技术等相关领域的进步而在近年快速发展。
同航天技术一样，两轮直立小车技术的发展水平甚至代表了一个国家的综合科技实力。
（2）、国内外相关研究情况
国外姿态传感器研究现状
由瑞士联邦技术学院工业电子实验室的研究人员研制的名为JOE是由DSP 芯片进行控制的。
它由车架上方所附的重物模拟实际车中的驾驶者。
其外观图如图所示。
国内姿态传感器研究成果
我国在两轮自平衡机器人方面的研究也取得了一定的成就：
西安电子科技大学研究出了自平衡两轮机器人，它是一种两轮式左右并行布置结构的自平衡系统。
它利用伺服放大器ADS作为控制器，选择两个Maxson电机作为执行元件，采用自适应神经模糊控制器对小车这一非线性对象进行大范围控制，从而实现系统的自平衡。
哈尔滨工业大学也有类似的双轮直立自平衡机器人，该系统采用DSP作为控制核心。
车体倾斜角度检测采用加速度传感器和陀螺仪。
利用PWM技术动态控制两台直流电机的转速。
基于这些完备而可靠的硬件设计，使用了一套独特的软件算法，实现了该系统的平衡控制。
（3）、研究意义
随着随着计算机技术、软件技术、微电子技术、通信技术、材料技术的迅
速发展，机器人的发展水平已经同其他技术一样，代表了一个国家的综合科技实力。
两轮直立小车具有高平衡、跟踪、能够适应不同的道路的优点，还具备躲避障碍物的功能人们可以利用多样化的手段进行人机交互，包括语音、网络、无线通讯等，这些都是的越来越广泛的研究更加的需要两轮直立小车技术。
2.本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施
（1）、主要内容
软件的主要功能包括有：
1 各传感器信号的采集、处理；
2电机PWM输出；
3车模运行控制：直立控制、速度控制、方向控制；
4车模运行流程控制：程序初始化、车模启动与结束、车模状态监控；
5车模信息显示与参数设定：状态显示、上位机监控、参数设定等。
（2）、拟采用的研究方案、研究方法
通过实验，查阅文献，建立模型和调试的方法进行研究
上述功能可以分成两大类：
第一类包括1-3功能，它们属于需要时间周期执行，因此可以在一个周期定时中断里完成。
第二类包括4-5功能。
它的执行不需要精确的时间周期。
可以放在程序的主程序中完成。
这两类任务之间可以通过全局变量实现相互的通讯。
主程序框架如错误！未找到引用源。
所示
注：1、正文：宋体小四号字，行距22磅。
2、开题报告装订入毕业设计（论文）附件册。