红外遥控两轮自平衡小车设计-毕业论

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1、毕业论文(设计)题目红外遥控两轮自平衡小车设计29目录1绪论11.1课题设计的背景11.2课题设计的意义11.3两轮自平衡小车国内外现状11.4单片机简介21.5PID算法简介32总体设计方案42.1实现功能42.2整体设计思路42.3系统结构设计63主要原件介绍73.1MSP430单片机73.1.1MSP430F149单片机83.2.2MSP430F149单片机最小系统93.2MPU6050芯片103.3L298N电机驱动芯片114硬件设计和系统软件设计134.1硬件设计134.1.1单片机核心模块134.

2、1.2陀螺加速度计MPU6050144.1.3HS0038B红外线接收头154.1.4L298N驱动模块164.1.5光电传感测速174.2系统软件设计174.2.1主程序设计174.2.2红外线接收程序184.2.3卡尔曼滤波算法194.2.4MPU6050模块204.2.5自平衡PID控制算法225实物展示236设计总结24参考文献25致谢2629红外遥控两轮自平衡小车设计徐佳南京信息工程大学信息与控制学院，江苏南京210044摘要：本次设计包含了单片机主控模块、陀螺加速计模块、光电传感测速模块、驱动模块

3、、红外线接收模块等，设计采用MPS430单片机作为核心，使用GY-52陀螺仪来测量倾角和角加速度，用卡尔曼滤波和PID算法来对得到的数据进行分析处理，并且调节好小车的动态平衡，使得小车在前进和后退的同时按照接收到的红外信号来保持平衡。关键词：MSP430单片机；红外线；PID算法；三轴陀螺仪；卡尔曼滤波29Infraredremotecontrolself-balancingrobotdesignXujiaSchoolofInformationandControl,NUIST,Nanjing210044,Ch

4、inaAbstract:Thedesignincludesasingle-chipcontrolmodule,gyroaccelerometermodule,opticalsensingspeedmodule,drivermodule,infraredreceivermodules,designedwithMPS430microcontrollerasthecore,usingGY-52gyroscopetomeasuretheangleandangular,withKalmanfilteringandPID

5、algorithmstoanalyzeandprocessthedataobtained,andregulatethedynamicbalanceofthecar,sothecarinforwardandbackwardatthesametimeaccordingtothereceivedinfraredsignaltomaintainbalance.Keywords:MSP430MCU;infrared;PIDalgorithm;triaxialgyroscope;Kalmanfilter.291绪论1.1

6、课题设计的背景近年来，两轮自平衡小车方面的研究发展迅速，成为比较热门的研究领域之一。由于目前社会发展迅速，所以现在要求智能小车能够达到的要求更多，能够在复杂的环境中很好的适应，更加出色的完成各项任务。比如：循迹小车是按照事先所画的路线朝前行进；户外小车要能够在凹凸不平的路面很好的前进；避障小车则能够很好的避开一切阻挡行进的障碍。但是有时候环境中的阻碍不可预料，如何很好的预测以及解决这些问题，是目前研究者们需要思考并且解决的问题。1.2课题设计的意义本论文所研究的课题是红外两轮自平衡小车，该课题的研究是机器人小

7、车领域的一个向外的延伸，而且移动小车的研究和发展也同样代表了许多领域技术的同步发展，其中涉及了计算机技术，软件技术，微电子技术等很多相关领域，毫不夸张的说甚至可以代表一个国家的综合实力。红外遥控两轮自平衡小车其实也就是在这么一个大背景之下衍生出来的课题，它包含了动力学理论和自动控制理论，并且把它们相互结合，流程如下：小车通过红外接收器来读取加速度和倾角的数值；利用卡尔曼滤波精准的计算出数值得出电机的转速，将转速进行积分运算，算出电机的实际位移量；然后红外线接收头接收到来自红外遥控的信号；从而产生一个下降沿的信

8、号，使左右电机增减速，利用驱动电机来保持平衡。经过调试之后，如果成功，则小车不仅能够通过双轮前后移动来保持动态平衡，而且能在保持平衡的前提之下同时直立前进。红外遥控两轮自平衡小车的结构系统本身并没有很复杂，但是它还是很有讲究的一个结构，在价格方面很亲民，而且不会占用太大的地面，操作起来也是相当便捷，是一很好的实验工具。1.3两轮自平衡小车国内外现状两轮自平衡小车自面世以来，各国研究者都表现出了很大的