基于CCD的自平衡小车的设计.pdf

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1、TheDesignofaSelf-balancingCarBasedonCCDADissertationSubmittedtotheGraduateSchoolofHenanUniversityinPartialFulfillmentoftheRequriementsfortheDegreeofMasterofEngineering一ByLiuXiu-longSupervisor：Prof．GuYuzongMay,2014关于学位论文独立完成和内容创新的声明本人向河南大学提出硕士学位中请。本人郑重声明：所呈交的

2、学位论文是本人在导师的指导下独立完成的，对所研究的课题有新的见解。据我所知，除文中特别加以说明、标注和致谢的地方外，论文中不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括其他人为获得任何教育、科研机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。．，‘，＼学位中请人(学位论文作者)釜名：赳39查20l≮年譬AIo日关于学位论文著作权使用授权书本人经河南大学审核批准授予硕士学住。作为学位论文的作者，本人完全了解并同意河南大学有关保留、使用学位论文的要求

3、，即河南大学有权向国家图书馆、科研信息机构、数据收集机构和本校图书馆等提供学位论文(纸质文本和电子文本)以供公众检索、奎阅。本人授权河南大学出于宣扬、展览学校学术发展乖进行学术交流等目的，可以采取影印、缩印、扫描和拷贝等复制手段保存、汇编学住论文(纸质文本和电子文本)。(涉及保密内容的学位论文在解密后适用本授权书)I．，，、学位获得者(学位论文作者)釜名：刈，1I毫南20f牛年岁月Z口日学位论文指导教师釜名：20J摘要两轮自平衡小车是一种利用动态平衡原理为基础的控制对象，它的原理主要是建立在一种被称为“动态稳定

4、”⋯的基本原理上，也就是车辆本身的自动平衡能力。以内置的陀螺仪ENC．03MB来采集两轮车的角速度，加速度计MMA7361来采集两轮车的角度，然后将角度融合得出两轮车所处的姿势状态，透过精密且高速的中央微处理器MC9S12G128计算出适当的指令后，通过PWM模块驱动马达来做到平衡的效果。随着两轮车车身的倾斜，微控制器可以随心所欲地控制两轮车的行驶速度及前进方向。由此开发出来的智能平衡车“赛格威”不仅非常的轻巧、灵活、安全并且携带方便，而且极大地扩展视野，也带给您不一般的驾驶体验。两轮自平衡电动车具有智能控制、

5、运动灵活、节省能源、操作简单、绿色环保、转弯半径为0等优点。因此把它运用在狭小空间内运行，比如体育场馆、大型公园及广场、国际性会议或展览场所、大型购物中心、生态旅游风景区、办公大楼、城市中的生活住宅小区等各种室内或室外场合中作为人们的中、短距离代步工具是非常合适的。本来因为两轮车的两轮结构，导致两轮车的重心在上、支点在下，所以它本身为一个不稳定系统。但是，我们可以利用倒立摆旧’的原理，通过微控制器来保证它的平衡。并且能够在平衡的基础上，按照我们的意思办事。形象地说，两轮平衡车的工作原理就像人行走的过程。在人行走

6、的过程当中，如果人体的重心往前倾斜并要失去平衡的时候，人会通过自己的眼睛观察到自己身体的倾斜，于是人就会做出相应的反应来防止自己摔倒。反之，如果人体的重心往后倾斜，人体会做出相反地动作来防止自己摔倒在地。因此，如果将两轮车的车轮比作是人的两条腿，再加上可以测量小车的角速度和倾斜角度，最后通过微控制器的控制便可以实现车体自平衡的效果。“赛格威”自平衡车具有循环储能设计，采用重心控制方式，刹车，停车都是靠检测重心来实现的，并没有专门的摩擦刹车系统，因此减速过程中，动能并没有因为摩擦转化为热能而浪费掉，而是又转化成电

7、能储存到电池中。中国智能平衡车的出现，无疑是让人们在越来越拥堵的城市里，自由灵活的出行。CCD称为电荷耦合器件，也可以把它称之为CCD图像传感器。它是一种可以把光学影像转变为数字信号的半导体器件。CCD上分布整齐的光电二极管称为像素。CCD的分辨率与它的像素成正比，CCD模块传感器通过其上面的光电二极管感应光线，然后把光信号转换成电信号。我们在两轮电动平衡小车上面安装了一个CCD模块，让它检测赛道上的黑条，从而判断其前进的方向。最后CCD模块上的外围电路将检测的结果传送给单片机AD采集端口，让单片机做出合理的判

8、断，然后通过单片机MC9S12G128的PWM模块控制电机的差速转动来控制前进的方向，以至于不让两轮电动平衡小车跑出赛道。关键词：CCD；自平衡；控制；设计IIABSTRACTTwo—wheeledself-balancingcarisbasedontheuseofacontrolobjecthomeostasisprinciple，itsprincipleisbasedonwhati