闽南师范大学_平衡小车毕设 - 最终1

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1、闽南师范大学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TheDesignofTheNearlyStaticDynamicBalanceTwoWheeledCarControlSystemBasedonTheSTM32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日闽南师范大学摘要本文介绍以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

2、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AbstractInthispaper,weintroduceSTM32F103RCT6single-chipmicrocomputerasthecoreofintelligen

3、tsincethebalanceofthecartechnologyresearch,thissystemisdividedintosinglechipmicrocomputerminimumsystem,PIDautomaticfeedbackadjustment,thedrivecontrolcircuit.ByMPU-6050sensorcollectedpostureperceptiontoSTM32F103RCT6MCUsignals,themicrocontrollerPIDfeedbackcontrol,acommandcontrolL298Ndrivemodu

4、le,drivetwodcmotorforthecorrespondingaction,eventuallymakingthecarcanstandsteadily.Inordertoimprovetheeffectofequilibrium,thispaperintroducedtheCalmanfilter,inneedingattentionindebuggingtheparametersinitialanglecorrectionandPIDregulation.Thisdesignistoachievecarinthepositiveandnegativebalan

5、cewithin2degrees,superthan4S,incontrolofthecarhastorequireimprovement.KeyWord:STM32F103RCT6single-chipmicrocomputerPostureperceptionKalmanfilterPIDcontrollermotordrive闽南师范大学目录中英文摘要11引言11.1选题背景及实际意义12整体方案设计12.1系统整体设计12.2姿态检测模块选型方案比较22.3项目设计要求22.4平衡小车的总体框图23各单元模块的硬件设计33.1STM32F103RCT6单片机系统33.

6、2稳压模块选型33.3姿态检测模块43.3.1加速度计模块53.3.2陀螺仪模块73.4电机驱动模块选型73.5电机选型83.6电路接线表93.6.1电源接口解析93.6.2器件I/O口连接表94理论分析与计算104.1自平衡小车数学模型104.2PID控制器设计114.2.1PID控制器原理114.2.2PID控制器设计114.3基于卡尔曼滤波的数据融合124.4本章小结145系统软件设计145.1软件系统总体结构155.2单片机初始化软件设计155.3姿态检测系统调试155.3.1角度矫正155.3.2卡尔曼滤波调试165.3.3控制系统PID参数整定186系统测试196

7、.1平衡度测试196.2站立时间测试207器件清单207.1元器件清单207.2平衡小车实物图218总结与展望218.1总结218.2展望22闽南师范大学参考文献22附录i致谢vii闽南师范大学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。由于具有广泛的应用背景和研究价值，时下对两轮移动机器人的理论和应用研究日益受到国内外控制界的重视。本文研究的本质不稳定两轮自平衡机器人是一种复杂的研究性实验装置，已成为理想的控制理论和控制方法研究的实验平台[1