两轮自平衡小车的设计毕业设计

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1、常熟理工学院毕业设计（论文）本科毕业设计（论文）题目两轮自平衡小车的设计学院电气与自动化工程学院年级专业班级学号学生姓名指导教师职称论文提交日期常熟理工学院毕业设计（论文）两轮自平衡小车的设计摘要近年来，两轮自平衡车的研究与应用获得了迅猛发展。本文提出了一种两轮自平衡小车的设计方案，采用陀螺仪ENC-03以及MEMS加速度传感器MMA7260构成小车姿态检测装置，使用卡尔曼滤波完成陀螺仪数据与加速度计数据的数据融合。系统选用飞思卡尔16位单片机MC9S12XS128为控制核心，完成了传感器信号的处理，滤波算法的实现及车身控制，人机交互等。整个系统制作完成后，各个模块能够正常并协调工作，小车可

2、以在无人干预条件下实现自主平衡。同时在引入适量干扰情况下小车能够自主调整并迅速恢复稳定状态。小车还可以实现前进，后退，左右转等基本动作。关键词：两轮自平衡陀螺仪姿态检测卡尔曼滤波数据融合52DesignofTwo-WheelSelf-BalanceVehicleAbstractInrecentyears,theresearchandapplicationoftwo-wheelself-balancedvehiclehaveobtainedrapiddevelopment.Thispaperpresentsadesignschemeoftwo-wheelself-balancedvehicle

3、.GyroscopeENC-03andMEMSaccelerometerMMA7260constitutevehicleposturedetectiondevice.SystemadoptsKalmanfiltertocompletethegyroscopedataandaccelerometerdatafusion.，andadoptsfreescale16-bitmicrocontroller-MC9S12XS128ascontrollercore.Thecentercontrollerrealizesthesensorsignalprocessingthesensorsignalpro

4、cessing,filteringalgorithmandbodycontrol,human-machineinteractionandsoon.Uponcompletionoftheentiresystem,eachmodulecanbenormalandtocoordinatework.Thevehiclecankeepbalancinginunmannedcondition.Atthesametime,thevehiclecanbeadjustedindependentlythenquicklyrestorestabilitywhenthereisamoderateamountofin

5、terference.Inaddition,thevehiclealsocanachieveforward,backward,leftandrightturnandotherbasicmovements.KeyWords:Two-WheelSelf-Balance;Gyroscope;Gesturedetection;Kalmanfilter;Datafusion52目录1.绪论11.1研究背景与意义11.2两轮自平衡车的关键技术21.2.1系统设计21.2.2数学建模21.2.3姿态检测系统21.2.4控制算法31.3本文主要研究目标与内容31.4论文章节安排32.系统原理分析52.1控制

6、系统要求分析52.2平衡控制原理分析52.3自平衡小车数学模型62.3.1两轮自平衡小车受力分析62.3.2自平衡小车运动微分方程92.4PID控制器设计102.4.1PID控制器原理102.4.2PID控制器设计112.5姿态检测系统122.5.1陀螺仪122.5.2加速度计132.5.3基于卡尔曼滤波的数据融合142.6本章小结163.系统硬件电路设计173.1MC9SXS128单片机介绍173.2单片机最小系统设计193.3电源管理模块设计213.4倾角传感器信号调理电路22523.4.1加速度计电路设计223.4.2陀螺仪放大电路设计223.5电机驱动电路设计233.5.1驱动芯片介

7、绍243.5.2驱动电路设计243.6速度检测模块设计253.6.1编码器介绍253.6.2编码器电路设计263.7辅助调试电路273.8本章小结274.系统软件设计284.1软件系统总体结构284.2单片机初始化软件设计284.2.1锁相环初始化284.2.2模数转换模块（ATD）初始化294.2.3串行通信模块（SCI）初始化设置304.2.4测速模块初始化314.2.5PWM模块初始化324.3姿态检测