双轮自平衡小车项目立项设计方案报告学位论文.doc

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1、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31、自平衡小车的设计方案32、自平衡小车的总体框图3二系统的具体设计与实现41、单片机控制模块42、陀螺仪加速度计模块43、光码盘测速模块64、稳压模块75、电机驱动模块86、LCD1602显示模块11三软件系统设计161、设计思想16（1）PID技术16（2）应用现状16（3）PID调节规律17（4）极点配置18（5）极点配置条件18（6）极点配置控制器212、程序流程图223、程序代码23摘要随着科技进步，生活水平的提高，人们追求智能

2、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算法一自平衡小车的总体方案设计1、自平衡小车的设计方案该自平衡小车，采用STC90C51单片机和各种传感器的组合，

3、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

4、持车子的不倒。2、自平衡小车的总体框图自平衡小车主要由以下模块组成：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，以下是自平衡小车系统方框图。单片机控制模块陀螺仪加速度模块电机驱动模块光码盘测速模块LCD1602显示模块稳压模块（电源）自平衡小车系统框图二系统的具体设计与实现1、单片机控制模块单片机最小系统原理图如下：单片机最小系统单片机最小系统由复位电路以及晶振电路组成，它是保证单片机能正常工作的最基本条件，在此不作过多介绍。2、陀螺仪加速度计模块本设计中所采用的陀螺仪加速度设模块为MPU

5、6050，之所以选择这个模块，是因为其有以下优点：（）集角度测量与加速度测量于一体（2）其那同时测量三轴上的角度与加速度测量（3）其输出为数字信号，便于处理于存储与传输（4）测量范围大，反应快。以下是MPU6050相关资料MPU-6000为全球首例整合性6轴运动处理组件，相较于多组件方案，免除了组合陀螺仪与加速器时之轴间差的问题，减少了大量的包装空间。MPU-6000整合了3轴陀螺仪、3轴加速器，并含可藉由第二个I2C端口连接其他厂牌之加速器、磁力传感器、或其他传感器的数位运动处理(DMP:DigitalMotionProcessor)硬件加速引

6、擎，由主要I2C端口以单一数据流的形式，向应用端输出完整的9轴融合演算技术InvenSense的运动处理资料库，可处理运动感测的复杂数据，降低了运动处理运算对操作系统的负荷，并为应用开发提供架构化的API。MPU-6000的角速度全格感测范围为±250、±500、±1000与±2000°/sec(dps)，可准确追緃快速与慢速动作，并且，用户可程式控制的加速器全格感测范围为±2g、±4g±8g与±16g。产品传输可透过最高至400kHz的I2C或最高达20MHz的SPI。MPU-6000可在不同电压下工作，VDD供电电压介为2.5V±5%、3.0

7、V±5%或3.3V±5%，逻辑接口VVDIO供电为1.8V±5%。MPU-6000的包装尺寸4x4x0.9mm(QFN)，在业界是革命性的尺寸。其他的特征包含内建的温度感测器、包含在运作环境中仅有±1%变动的振荡器。引脚图实物图3、光码盘测速模块此模块有以下优点：（1）测速精度高，反应快，因为其一圈有高达60个栅格（2）能测正反转此模块详细资料如下：对管厂家：美国惠普HP原装供电电压：5V接线方式：红5V         黑GND输出信号：5Vp-p 两相信号输出（见下图）。两根信号线，一根黄色的一根蓝色的（由于生产批次不同，有时候信号线可能为绿

8、色，不影响使用）,黄色和蓝色分别是2个TTL电平（可以直接接单片机）信号 （注:测正反转就是靠这两个电平区分是正转还是反转）（设A B