两轮自平衡小车的设计与实现.doc

摘要:在我设计的两轮自平衡小车系统内，小车的主控板采用MCF52255CAF80作为主控制器，通过此模块可以实现自平衡二轮车的数据处理以及对各个模块的控制，通过自主完成系统的硬件与软件系统设计后，将小车的各个模块组装整合到一起，最终通过蓝牙连接实现在手机端对小车的操控。平衡车在行驶的过程中不需要人为的进行手动的操控。

小车在完成硬件系统与软件系统的设计与组装调试之后，各个模块能够互相协调并正常工作，最终实现小车在无外力条件的干预条件下实现自主平衡。与此同时，在有外力以及环境的干扰下小车能够通过调整自身的数据实现自主调整并迅速的恢复原有的运行状态。通过手机端的控制，小车还可以实现前进、后退，加速、刹车、左右转等基本动作。

关键字：驱动电路；姿态检测；卡尔曼滤波；陀螺仪

目录

摘要

ABSTRACT

第一章  绪论-1

1.1自平衡二轮车的背景和意义-1

1.2自平衡二轮车国内外的发展状况-1

1.2.1自平衡二轮车在国外的研究现状-1

1.2.2自平衡二轮车在国内的研究现状-2

第二章  系统原理分析-3

2.1控制系统要求分析-3

2.2平衡系统控制分析-3

2.2.1车体平衡控制-4

2.3姿态检测系统-6

2.3.1陀螺仪-6

2.3.2加速度计-6

2.3.3基于卡尔曼滤波的数据融合-7

2.4本章小结-8

第三章  系统硬件电路设计-9

3.1陀螺仪和加速度计模块的电路设计与分析-9

3.1.1陀螺仪的简要介绍-9

3.1.2加速度计的简要介绍-9

3.1.3陀螺仪与加速度计模块电路图-9

3.2单片机最小系统电路设计-10

3.2.1MCF52255CAF80最小系统电路设计-10

3.3电机驱动电路设计-10

3.3.1驱动电路设计-11

3.3.2驱动电路的设计原理图-11

3.4电源模块的设计与分析-12

第四章  系统软件设计-13

4.1软件系统总体结构-13

4.2 PID控制算法-13

4.3姿态检测系统的软件设计-15

4.3.1陀螺仪与加速度计输出值转换-15

4.3.2卡尔曼滤波器的软件实现-15

4.4两轮自平衡车的运动控制-16

第五章  系统调试工具-17

5.1系统软件开发工具-17

5.2系统硬件PCB设计工具-17

5.3蓝牙无线传输模块-18

5.4上位机调试软件-19

5.5两轮自平衡小车实物图-19

5.6手机控制端的界面图-20

结束语-24

致  谢-26

参考文献-27