小车走跷跷板设计报告
小车走跷跷板设计报告
组号：Q02
组长：何韵5050309926
组员：骆喆5050309927
陈俊彦5050309898
骆喆何韵陈俊彦
一、设计思路：
对于题目要求，最重要的是制作对于角度的传感器。我们没有使用市场上提供的水银传感起或者更高级的角度传感器，而是利用小球及轨道自己实现了一个简易的平衡仪。
平衡仪的原理是利用小球的惯性，当小车构成某个角度的倾斜的时候，小球因为惯性达到轨道一端，再使用适当的位置传感器，转换为电信号输出给单片机。
单片机收到信号并作确认后，调动电机对小车位置进行调整。故小车在跷跷板上反复调整位置，逼近平衡点，直至轨道相对水平，即小车到达平衡点。
具体机械和传感器部分实现，可见下面小节。
二、机械部分：
机械和光电部分：这部分有2个器件，分别为小车提供平衡的信息和走直线的信息。
1．平衡仪：这是这次工作的关键部分，从设计到最后的实现花了许多时间，设计的目标是让平衡仪提供前倾、后倾、平衡3种位置信息。通过实验，推翻了2种设计方案，最后完成了平衡仪的制作。
方案1：如右图所示，利用金属球使得两个金属片直接导通，再配以辅助
电路实现信号的传递。经过初步的
实验，这一方案就被否决掉了，原
因有二：1，收到导轨的限制，小球
很难同时接触到两个金属片；2，无
法做到小球和金属片直接的非弹性
碰撞，信号不稳定。为了解决这两
个问题，我们设计了第二种方案。
方案2：轨道采用了4片金属片组成，在轨道中间部分涂上绝缘的涂层
（胶水），当小球在左边或右边的时
候两片金属就处于稳定的导通状
态，这样就解决了方案1的两个问
题。在实际制作中采用的是可乐罐
的皮，最后测试时发现有严重的接
触不良的问题（猜测是铝氧化层的
关系，如果是铁片的话应该就可以
了）。在已经有轨道的基础上，我们
设计了第三种方案。
方案3：采用发光二极管和光敏二极管对来传递小球的位置信号，当小球
挡住光线时，光敏二极管为高阻，
没挡住时为低阻，配以判决电路完
成信号的转换和传递。最后实现的
是这个方案。
2．车前灯：由两组发光、光敏二极管组成，结构如右图所示，两个二极
管成一定的角度以利于镜面反射光
线的接收，两个灯罩隔绝自然光以
及直接照射。两组灯与板上黑线配
合，如果左灯照到黑线则表示车右偏，反之则左偏。根据光敏二极管阻值变化，配以判决电路完成信号的转换和传递。最后实测中发现小车的机械稳定度足够，无需车前灯校准。
二、硬件部分：
本试验的硬件部分主要是三个部分：
1．供电部分：
供电部分的电源为8V，直接供给电机所需。另一部分经过分压供给光电门所需电压。
根据光电门特性，供电需要6V即可，故根据实验结果，串联发光二极管，可以分压2V。
同时提供光电门供电正常指示灯。
2．光电门电路部分：
光电门部分主要电路是提供一个门限电压判决门，如果有小球经过光电门，根据电压变化输出信号，反馈单片机。
具体电路如下图所示：
2．两个光电门的输出连接到单片机的P0和P1脚，如图所示：
四、程序部分：
1、对于小车走跷跷板的策略如下：
先向前开，直到过平衡点，传感器得到的状态信号发生改变。然后小车改变行进方向，改为向后开，并且速度慢。接着直到传感器状态再次改变，说明又过了平衡点，此时小车再次改变方向并减速。重复上面的过程直到小车到最低速。这部分是大致定位。
最后，小车以最低速行驶，根据传感器的状态决定行进方向，调整位置，每行进一定时间便停一下，使传感器能正确表示小车状态。经过几次调整后停下，实现精确定位。
2、小车程序的具体实现。
程序对小车马达的控制是由时间中断来实现的。小车的速度与方向的调节是由调节输出的pwm波实现。在每个时钟中断，输出pwm波控制马达，根据小车应有速度与方向决定输出pwm信号的高低，使马达在一定的时间内工作一段时间，停一段时间。
程序的传感器部分也是由时间中断实现。每隔一定时间，程序对传感器采样一次。由于
智能小车课程设计
智能循迹小车 【摘要】 本课题是基于低功耗单片机的智能小车的设计与实现，小车完成的主要功能是能够自主识别黑色引导线并根据黑线走向实现快速稳定的寻线行驶。小车系统以单片机为系统控制处器；采用红外传感获取赛道的信息，来对小车的方向和速度进行控制。此外，对整个控制软件进行设计和程序的编制以及程序的调试，并最终完成软件和硬件的融合，实现小车的预期功能。 一、实验目的 这次设计智能小车的目的是为了掌握电路设计的方法和技巧。如何将学习到的理论知识运用到实际当中去，怎样能够活学活用，深入的了解电子元器件的使用方法，了解各种元器件的基本用途和方法，能够灵活敏捷的判断电路中出现的故障，学会独立设计电路，积累更多的设计经验，加强焊接能力和技巧，完成基本的要求。并能完美的完成这次实训。 根据老师给的控制要求，和自己的发挥扩充能力，独立的，大胆的去实践，开拓创新，能够将自己的想法体现到实际电路当中去。 二、设计方案 该智能车采用红外传感器对赛道进行道路检测，单片机根据采集到的信号的不同状态判断小车当前状态，通过电机驱动芯片发出控制命令，控制电机的工作状态以实现对小车姿态的控制。 三、各芯片说明 W981216BH-6 一种髙速度同步动态随机存取存储器(SDRAM),具有1M 字(words) *4 层(banks)*16 位(bits)的存储结构组织.传输数据带宽最高达166M 字/秒(-6)。
对SDRAM是否访问是突发导向。在一个页面连续的内存位置可在一个1, 2, 4, 8或整页突发访问时长和行选择组由活动命令。列地址自动生成的SDRAM 的内部计数器在突发运作。随机栏也可以通过阅读在每个时钟周期提供其地址。该多组特性使交织在内部银行隐藏预充电时间。通过让一个可编程的模式寄存器，该系统可以改变突发长度，延时周期，交错或连续突发最大限度地发挥其性能。 W981216BH是在理想的主内存高性能应用。 特征： 1、.3V±0.3V电源 2、截至143 MHz时钟频率 3、2,097,152字×4层×16 位组织 4、自动刷新和自刷新 5、CAS 延时：2和3 6、突发长度：1, 2, 4, 8,和整页 7、突发读，写单人模式 8、自动预充电和预充电控制 9、4K刷新周期/ 64 ms TE28F160C3BD70（快闪记忆体）
两轮自平衡小车毕业设计毕业论文
两轮自平衡小车毕业设计毕业论文 目录 1.绪论 (1) 1.1研究背景与意义 (1) 1.2两轮自平衡车的关键技术 (2) 1.2.1系统设计 (2) 1.2.2数学建模 (2) 1.2.3姿态检测系统 (2) 1.2.4控制算法 (3) 1.3本文主要研究目标与内容 (3) 1.4论文章节安排 (3) 2.系统原理分析 (5) 2.1控制系统要求分析 (5) 2.2平衡控制原理分析 (5) 2.3自平衡小车数学模型 (6) 2.3.1两轮自平衡小车受力分析 (6) 2.3.2自平衡小车运动微分方程 (9) 2.4 PID控制器设计 (10) 2.4.1 PID控制器原理 (10) 2.4.2 PID控制器设计 (11) 2.5姿态检测系统 (12) 2.5.1陀螺仪 (12) 2.5.2加速度计 (13) 2.5.3基于卡尔曼滤波的数据融合 (14) 2.6本章小结 (16) 3.系统硬件电路设计 (17) 3.1 MC9SXS128单片机介绍 (17) 3.2单片机最小系统设计 (19) 3.3 电源管理模块设计 (21) I
3.4倾角传感器信号调理电路 (22) 3.4.1加速度计电路设计 (22) 3.4.2陀螺仪放大电路设计 (22) 3.5电机驱动电路设计 (23) 3.5.1驱动芯片介绍 (24) 3.5.2 驱动电路设计 (24) 3.6速度检测模块设计 (25) 3.6.1编码器介绍 (25) 3.6.2 编码器电路设计 (26) 3.7辅助调试电路 (27) 3.8本章小结 (27) 4.系统软件设计 (28) 4.1软件系统总体结构 (28) 4.2单片机初始化软件设计 (28) 4.2.1锁相环初始化 (28) 4.2.2模数转换模块（ATD）初始化 (29) 4.2.3串行通信模块（SCI）初始化设置 (30) 4.2.4测速模块初始化 (31) 4.2.5 PWM模块初始化 (32) 4.3姿态检测系统软件设计 (32) 4.3.1陀螺仪与加速度计输出值转换 (32) 4.3.2卡尔曼滤波器的软件实现 (34) 4.4平衡PID控制软件实现 (36) 4.5两轮自平衡车的运动控制 (37) 4.6本章小结 (39) 5. 系统调试 (40) 5.1系统调试工具 (40) 5.2系统硬件电路调试 (40) 5.3姿态检测系统调试 (41) 5.4控制系统PID参数整定 (43) II
智能循迹小车实验报告18447
简单电子系统设计报告 ---------智能循迹小车 学号201009130102 年级10 学院理学院 专业电子信息科学与技术姓名马洪岳 指导教师刘怀强
摘要 本实验完成采用红外反射式传感器的自寻迹小车的设计与实现。采用与白色地面色差很大的黑色路线引导小车按照既定路线前进，在意外偏离引导线的情况下自动回位。 本设计采用单片机STC89C51作为小车检测、控制、时间显示核心，以实验室给定的车架为车体，两直流机为主驱动，附加相应的电源电路下载电路，显示电路构成整体电路。自动寻迹的功能采用红外传感器，通过检测高低电平将信号送给单片机，由单片机通过控制驱动芯片L298N驱动电动小车的电机，实现小车的动作。 关键词：STC89C51单片机；L298N；红外传感器；寻迹 一、设计目的 通过设计进一步掌握５１单片机的应用，特别是在控制系统中的应用。进一步学习５１单片机在系统中的控制功能，能够合理设计单片机的外围电路，并使之与单片机构成整个系统。 二、设计要求 该智能车采用红外传感器对赛道进行道路检测，单片机根据采集到的信号的不同状态判断小车当前状态，通过电机驱动芯片L298N发出控制命令，控制电机的工作状态以实现对小车姿态的控制，绕跑到行驶一周。 三、软硬件设计 硬件电路的设计 1、最小系统： 小车采用atmel公司的AT89C52单片机作为控制芯片，图1是其最小系统电路。主要包括：时钟电路、电源电路、复位电路。其中各个部分的功能如下： （1）、电源电路：给单片机提供5V电源。 （2）、复位电路：在电压达到正常值时给单片机一个复位信号。
图1 单片机最小系统原理图 2、电源电路设计： 模型车通过自身系统，采集赛道信息，获取自身速度信息，加以处理，由芯片给出指令控制其前进转向等动作，各部分都需要由电路支持，电源管理尤为重要。在本设计中，51单片机使用5V电源，电机及舵机使用5V电源。考虑到电源为电池组，额定电压为4.5V，实际充满电后电压则为4-4.5V，所以单片机及传感器模块采用最小系统模块稳压后的5V电源供电，舵机及电机直接由电池供电。 3、传感器电路： 光电寻线方案一般由多对红外收发管组成，通过检测接收到的反射光强，判断黑白线。原理图由红外对管和电压比较器两部分组成，红外对管输出的模拟电压通过电压比较器转换成数字电平输出到单片机。
自动循迹小车课程设计
课程报告 课程名称：嵌入式系统与应用项目名称：自动循迹小车院系：理学院 专业：自动化1401 学号：xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 姓名：xxxxxxxx 指导导师：xxxxxxxx 2017年05月23日 西京学院理学院制
摘要 本次课程设计主要完成基于STM32F103微处理器的智能小车控制系统的系统设计。此智能小车系统的组成主要包括STM32F103控制器、电机驱动电路、红外探测电路。本次试验采用STM32F103微处理器为核心芯片，利用PWM技术对速度进行控制，循迹模块进行黑白检测，其他外围扩展电路实现系统整体功能。实现了智能小车能够自动跟踪地面上的黑色轨迹的任务。 关键字：STM32；红外探测；PWM；电机控制
Abstract This course design mainly completes the system design of intelligent car control system based on STM32F103 microprocessor. The composition of this intelligent car system mainly includes STM32F103 controller, motor drive circuit, infrared detection circuit. This test uses STM32F103 microprocessor as the core chip, the use of PWM technology to control the speed, tracking module for black and white detection, other peripheral expansion circuit to achieve the overall function of the system. To achieve the smart car can automatically track the black track on the ground task. Keywords：STM32；infrared detection；PWM；motor control
单片机控制单轴双轮自动平衡小车设计开题报告
毕业设计（论文） 开题报告 题目：单片机控制单轴双轮自动平衡小车设计系别：电气工程系 专业：电气工程及其自动化 班级： 学号 学生姓名： 指导教师： 2016年 3月
中原工学院信息商务学院 毕业论文（设计）开题报告 论文（设计）题目单片机控制单轴双轮自动平衡小车 姓名系别电气工程系专业 班级 电气121学号6 1选题目的和意义： 平衡车是一个不稳定、强耦合、非线性系统，对平衡车的研究有利于我们更熟练得运用自动控制理论，并且发展更可靠稳定的控制方法。在实际应用中，平衡车由于体积小，灵活方便，不管是在军用或者民用领域都有广阔的应用空间，两轮自平衡小车可以作为一种小范围的移动式服务平台。通过本课题的研究学习，会使自己更加了解单片机，熟悉电子电路，提升自己的对整个设计的把握，更透彻的掌握自动控制方法。 2本选题在国内外的研究状况及发展趋势： 国外方面：JOE 是瑞士研制的用DSP和FPGA 控制并基于倒立摆理论双轮车。通过倾斜传感器和倾角传感器来检测车体。通过电机上的编码盘检测电机的速度。采用了基于状态反馈的线性控制策略，车的运动被分解成直线和旋转运动，然后分析直线运动和旋转运动，得到电机需要的控制量，最终把控制量耦合叠加。他主要的设计思想依然是：使车子朝车体倾斜的方向运动来保持车身的平衡。主控芯片是HC11 微处理器，此处理器是David P.Anderson 专门的针对nBot 车设计的。传感器在得到车的车身信息后，再比例整合，当作模糊控制器的输入，按照之前设定的控制原则得到两个电机需要的PWM 电压。该控制只能能让小车平衡运动，而不能让小车自主直立。Segway 拥有更多的姿态传感器，它有5个陀螺仪传感器，然而事实是检测车身前倾斜只需要3个传感器就够了，其他的两个传感器只是增加安全性。传感器的信息会被传送到一个电路板，这个电路板是微处理器的集群，效率是个人电脑的三倍。这个集群是为了保证本载人平衡车在其中任何一个处理器出现问题时能报告错误，给驾驶者以处理问题的时间余量，保证了平衡车的安全性。 国内方面：哈工大尹亮制作的双轮移动车Sway，车身倾斜度采用AD 推出的双轴加速度传感器ADXL202 及反射式红外线距离传感器来获得。基于PWM 动态控制直流电机的速度。车与上位机间的数据通信使用PTR2000 超小型超低功耗高速无线收发数传MODEM。人机交互界面使用图形液晶点阵、方向摇杆、按键。依靠这些可靠并且完备
智能迷宫寻迹小车报告
题目名称：迷宫寻迹机器人(E题) 参赛队员：************************ 摘要：本寻迹小车选用8位89C52单片机为控制器，通过6个红外光电传感器TCRT5000对信号进行采集，采集到的信号经比较器LM393处理后传给89C52单片机，经单片机处理后，发出控制命令给L298N，驱动2台直流电动机进行相应的动作。该小车能够识别出黑色轨迹并能沿着黑色轨迹前进直到终点，并能显示出运行时间。 1方案论证与比较 1.1 传感器的选择与比较 方案一采用摄像头，然后用CCD处理技术，对采集的信号进行分析。 方案二使用光敏传感器，能够采集回来黑与白两种信号，然后进行处理与分析。 由于采用摄像头进行CCD处理所用的硬件搭接较为繁琐，并且处理起来还比较麻烦，而光敏传感器TCRT5000可以虽然智能识别黑与白两种颜色由于现场条件，并不能对其造成干扰，而且其反应速度快，响应时间短，故此，我们选用光敏传感器TCRT5000。 1.2 车体的选择与比较 方案一采用4轮小车，前轮由舵机控制转弯，后轮由动力电机控制前进与后退。 方案二采用三轮小车，前面两轮由两个电机分别控制，用其速度差来实现转弯与调整，后前轮为万向轮，用来维持小车的平衡 由于采用4轮车，小车在转弯时会产生转弯半径，会偏离轨迹，不能按照黑色轨迹前进，而转弯半径无法缩小到满意的程度，由于三轮小车用两个电机来控制两个轮子，故很容易来实现转弯与调整，是理想的车体模型。 1.3前进路径与返回路径的最优选择 由于小车需要按照黑色轨迹寻到终点，并且按最优路径返回，故小车应能识别迷宫的路况，普通寻迹小车智能按照黑色轨迹走，但不能识别路况，这样小车寻到终点的效率很低，又不能按照最优路径返回。考虑到以上情况，我们给小车加上了识别路口程序，并且让小车按照右手原则前进，在每个路口处让小车记录出所走过的路况，并且记忆，以便于在返航时调用记录信息，使小车顺利返回。
循迹小车课程设计报告
南京工程学院 工程基础实验与训练中心 本科课程设计说明书（论文）题目：自动循迹小车 专业： 班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 起迄日期：2012.6.11～2012.7.6 设计地点：工程中心B208
目录 摘要： (4) Abstract (5) 一、系统方案 (6) 1、课设要求： (6) 1.1、完成基本设计功能： (6) 1.2、发挥部分 (6) 2、总体设计 (6) 3、模块方案比较与论证 (7) 3.1、电源模块： (7) 3.2、电机驱动模块: (7) 3.3、传感器模块： (9) 3.4、显示模块: (10) 3.5、测速模块 (12) 二、循迹小车硬件设计 (13) 1、机械设计 (13) 2、小车各模块分布 (13) 3、小车传感器位置排布 (13) 三、循迹小车软件设计 (14) 1、循迹小车主函数流程图 (14) 2、计算路程模块流程图 (14) 3、循迹模块流程图 (16)
四、程序 (18) 五、开发总结与心得 (18) 1、总体方案论证和确立 (18) 2、各分立模块的制作调试 (18) 3、总车的装配调试 (19) 4、总结与展望 (19) 六、参考文献 (19)
课程设计说明书（论文）中文摘要 摘要： 硬件设计：自动循迹小车控制器采用STC89C52单片机，采用LCD1602液晶显示屏显示当前小车速度和里程等数据；电机正反转采用L298N集成电路模块来驱动，也可以直接采用三极管组成桥式驱动电路来控制。里程检测传感器采用霍尔传感器或光电发射接收对管。跑道标志线采用光电发射接收对管检测并使用软件整形消抖措施，电源采用4节7号充电电池供电（在条件允许情况下单片机与电机可使用独立稳压电源供电）。 软件设计：主程序主要任务一方面扫描光电发射接收对管检测到的信号，然后判断小车转向；另一方面主程序还需要完成速度里程显示任务。采用外部中断0来实现小车速度检测，通过光电接收对管或霍尔传感器检测小车转速，小车每转动一周将会使传感器发出一中断申请信号；采用外部中断1来实现金属块检测，传感器选用接近开关，检测到金属后，接近开关将申请中断。 关键词：单片机液晶显示桥式驱动电路主程序
自动小车走迷宫的设计与实践
自动小车走迷宫的设计与实践 摘要：在自动控制领域，通过对直流电动机的控制可以实现机器人、小车等的智能化。本文利用红外避障传感器检测障碍物，所测得信息反馈给小车控制电路，从而控制DIY竞赛小车两直流电机的正反转，实现了小车自动从事先所设定的迷宫中走出。整个控制电路以单片机AT89C51为核心，电路结构简单、可靠性较高，实验测试结果基本达到预期目标。 关键词：AT80C51单片机；红外避障传感器；调速；电动小车 引言 当今社会，科学技术日新月异，时代前进的步伐越迈越宽，随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国大学生电子设计竞赛控制类题目也多次使用过小车的智能化控制，全国各高校也都很重视该题目的研究，可见其研究意义很大。本文所设计的电动小车控制电路让小车具有了避障功能，在事先所设定的迷宫入口处打开电源后，小车可以独立从迷宫中走出。 根据题目的要求，确定如下方案：在现有玩具电动车的基础上，加红外线避障感器实现对电动小车前方道路的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。 这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠、精度高，可满足系统的各项要求。本设计采用MCS-51系列中的AT89C51单片机为控制核心，利用红外避障传感器检测道路上的障碍，控制电动小汽车的自动避障功能，实现小车自动从迷宫中走出。 1 功能概述及总体方案设计 1.1功能概述 本设计的“自动小车走迷宫”这一套系统主要是让小车自主的从迷宫的入口走到出口。在这一过程中，小车通过前、左、右三个红外避障传感器现对周围障碍物的实时测距来实现避障功能；在小车的行走过程中，也会实时地把小车前方的道路状况反应给单片机。如图1.1所示为迷宫示意图：
循迹小车制作报告
综合电子设计与实践 课程实验报告 课题名称：循迹小车的制作 班级：XXXXXX 实验者:XXXXXX 实验时间：XXXXX
摘要 本设计主要有三个模块包括信号检测模块、主控模块、电机驱动模块。信号检测模块采用红外光对管，用以对黑线进行检测。主控电路采用宏晶公司的8051核心的STC89C52单片机为控制芯片。电机驱动模块采用意法半导体的L298N专用电机驱动芯片，单片控制与传统分立元件电路相比，使整个系统有很好的稳定性。信号检测模块将采集到的路况信号传入STC89C52单片机，经单片机处理过后对L298N发出指令尽心相应的调整。小车速度由单片机输出的PWM波控制。控制电动小车的速度及转向，从而实现自动循迹的功能。 关键词：智能小车STC89C52单片机L298N 红外光对管 一．绪论 （一）智能小车的作用和意义 自第一台工业机器人诞生以来，机器人的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变着人们的生活方式。人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中，制造能替代人劳动的机器一直是人类的梦想。随着科学技术的发展，机器人的感系统，对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当发达，而基于图像的理解技术还很落后，机器视觉需要通过大量的运算也只能识别一些结构化环境简单的目标。视觉传感器的核心器件是摄像管或CCD，目前的CCD已能做到自动聚焦。但CCD传感器的价格、体积和使用方式上并不占优势，因此在不要求清晰图像只需要粗略感觉的系统中考虑使用接近觉传感器是觉传感器种类越来越多，其中视觉传感器成为自动行走和驾驶的重要部件。视觉的典型应用领域为自主式智能导航一种实用有效的方法。机器人要实现自动导引功能和避障功能就必须要感知导引线和障碍物，感知导引线相当给机器人一个视觉功能。避障控制系统是基于自动导引小车（A VG—auto-guide vehicle）系统，基于它的智能小车实现自动识别路线，判断并自动避开障碍，选择正确的行进路线。使用传感器感知路线和障碍并作出判断和相应的执行动作。该智能小车可以作为机器人的典型代表。它可以分为三大组成部分：传感器检测部分、CPU、执行部分。机器人要实现自动避障功能，还可以扩展循迹等功能，感知导引线和障碍物。可以实现小车自动识别路线，选择正确的行进路线，并检测到障碍物自动躲避。基于上述要求，传感检测部分考虑到小车一般不需要感知清晰的图像，只要求粗略感知即可，所以可以舍弃昂贵的CCD传感器而考虑使用价廉物美的红外反射式传感器来充当。智能小车的执行部分，是由直流电机来充当的，主要控制小车的行进方向和速度。单片机驱动直流电机一般有两种方案：第一，勿需占用单片机资源，直接选择有PWM功能的单片机，这样可以实现精确调速；第二，可以由软件模拟PWM输出调制，需要占用单片机资源，难以精确调速，但单片机型号的选择余地较大。考虑到实际情况，本文选择第二种方案。CPU使用STC89C52单片机，配合软件编程实现 （二）智能小车的现状 现智能小车发展很快，从智能玩具到其它各行业都有实质成果。其基本可实现循迹、避障、检测贴片、寻光入库、避崖等基本功能，这几节的电子设计大赛智能小车又在向声控系
线控两轮平衡车的建模与控制研究
线控两轮平衡车的建模 与控制研究 文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-
线性系统理论 上机实验报告 题目：两轮平衡小车的建模与控制研究 完成时间：2016-11-29 1.研究背景及意义 现代社会人们活动范围已经大大延伸，交通对于每个人都十分重要。交通工具的选择则是重中之重，是全社会关注的焦点。 随着社会经济的发展，人民生活水平的提高，越来越多的小汽车走进了寻常百姓家。汽车快捷方便、省时省力，现代化程度高，种类繁多的个性化设计满足了不同人的需求。但它体积大、重量大、污染大、噪声大、耗油大、技术复杂、使用不便、价格贵、停放困难，效率不高，而且还会造成交通拥堵并带来安全隐患。相比之下，自行车是一种既经济又实用的交通工具。中国是自行车大国，短距离出行人们常选择骑自行车。自行车确实方便，但在使用之前需要先学会骑车，虽然看似简单，平衡能力差的人学起来却很困难，容易摔倒，造成人身伤害。另外，自行车毕竟不适宜长距离的行驶，遥远的路程会使人感到疲劳。 那么，究竟有没有这样一种交通工具，集两者的优点于一身呢？既能像汽车一样方便快捷又如自行车般经济简洁，而且操作易于掌握，易学又易用。两轮自平衡车概念就是在这样的背景下提出来的。 借鉴目前国内外两轮自平衡车的成功经验，本文提出的研究目标是设计一款新型的、结构简单、成本低的两轮自平衡车，使其能够很好地实现自平衡功能，同时设计结果通过MATLAB进行仿真验证。
2.研究内容 自平衡式两轮电动车是一个非线性、强耦合、欠驱动的自不稳定系统，对其控制策略的研究具有重大的理论意义。我们通过分析两轮平衡车的物理结构以及在平衡瞬间的力学关系，得到两轮车的力学平衡方程，并建立其数学模型。运用MATLAB 和SIMULINK 仿真系统的角度θ、角加速度? θ、位移x 和速度的? x 变化过程，对其利用外部控制器来控制其平衡。 3.系统建模 两轮平衡车的瞬时力平衡分析如图1所示。下面将分析归纳此时的力平衡方程[1-3]，并逐步建立其数学模型。 对两轮平衡车的右轮进行力学分析，如图2所示。 依据图2对右轮进行受力分析，并建立其平衡方程： =R R R R M X f H ? - (1) R R R R J C f R ??? =- (2) 同理，对左轮进行受力分析，并建立其平衡方程： =R L L L M X f H ? - (3) L L L L J C f R ??? =- (4) 两轮平衡车摆杆的受力分析如图3所示，由图3可以得到水平和垂直方向的平衡方程以及转矩方程。 水平方向的平衡方程： H H x R L p m +=? ? (5) 其中θsin L x x m p +=，则有：
课程设计报告(迷宫)
武汉东湖学院计算机科学学院 课程设计报告 课程名称数据结构课程设 题目深度与广度优先搜索 迷宫问题 专业班级（请自己填写） 学号（请自己填写） 学生姓名（请自己填写） 指导教师吴佳芬 （请自己填写）年（请自己填写）月（请自己填写）日
武汉东湖学院计算机科学学院 课程设计任务书 课程名称：数据结构课程设计 设计题目：深度与广度优先搜索：迷宫问题 专业：（请自己填写）班级：（请自己填写） 完成时间：自己填写指导教师：吴佳芬专业负责人：许先斌
武汉大学东湖分校计算机科学学院 课程设计成绩评价表 指导教师：吴佳芬年月日
（由学生完成，以下为摸版） 【软件课程设计报告目录】 1、需求分析 说明程序设计的任务，强调的是程序要做什么，明确规定： （1）输入的形式和输入值的范围； （2）输出的形式； （3）程序所能达到的功能； （4）测试数据：包括正确的输入及其输出结果和含有错误的输入及其输出结果。 2、概要设计 说明本程序中用到的所有抽象数据类型的定义、主程序的流程以及各程序模块之间的层次（调用）关系。 3、详细设计 实现概要设计中定义的所有数据类型，对每个操作只需要写出伪码算法；对主程序和其他模块也都需要写出伪码算法；画出函数的调用关系。 4、使用说明、测试分析及结果 （1）说明如何使用你编写的程序； （2）测试结果与分析； （3）调试过程中遇到的问题是如何解决提以及对设计与实现的回顾讨论和分析； （4）运行界面。 5、课程设计总结（设计心得） （1）你在编程过程中用时多少？多少时间在纸上设计？多少时间上机输入和调试？多少时间在思考问题？ （2）遇到了哪些难题？你是怎么克服的？ （3）你对算法有什么改正想法吗？ （4）你的收获有哪些？ 参考文献 （由学生完成，以下为摸版，编页码：共x页，第x页）
循迹小车课程设计报告
智能循迹小车设计与制作 课程设计报告 系别： 专业： 班级： 成员： 指导老师： 时间：二〇一一年6月30日
一、设计目的： 1、学会智能电子产品的功能设计与任务分析，能进行小型电子产品方案设计； 2、掌握基于51单片机、FPGA模数混合硬件系统设计和程序设计； 3、熟悉电子信息类企业项目完整的运作过程及管理规范，培养团队协作能力、沟通能力、创新能力和组织能力。 二、智能循迹小车任务分析 这是一种基于STC89C51单片机的小车寻迹系统。该系统采用两组高灵敏度的光电对管，对路面黑色(白色)轨迹进行检测，并利用单片机产生PWM波，控制小车速度。测试结果表明，该系统能够平稳跟踪给定的路径。 整个系统基于普通玩具小车的机械结构，并利用了小车的底盘、前后轮电机及其自动复原装置，能够平稳跟踪路面黑色轨迹运行 三、智能循迹小车循迹原理 该智能小车在画有黑线的白纸“路面”上行驶，由于黑线和白纸对光线的反射系数不同，可根据接收到的反射光的强弱来判断“道路”—黑线。利用了简单、应用比较普遍的检测方法—发光二极管+光敏电阻。 发光二极管+光敏电阻，即利用光线在不同颜色的物理表面具有不同的反射性质的特点。在小车行驶过程中不断地向地面发射白光，当白光遇到白色地面时发生漫发射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，则小车上的接收管接收不到信号。
四、智能循迹小车总体方案 整个电路系统分为检测、控制、显示、驱动四个模块。首先利用光电对管对路面信号进行检测，经过比较器处理之后，送给软件控制模块进行实时控制，然后显示小车的运行状态，输出相应的信号给驱动芯片驱动电机转动，从而控制整个小车的运动。系统方案方框图如图1所示。 图1 智能小车寻迹系统框图 五、智能循迹小车各模块方案 1、循迹模块设计 方案1： 用红外发射管：接收管自己制作光电对管循迹传感器。红外发射管发出红外线，当发出的红外线照射到白色的平面后反射，若红外接收管能接收到反射回的光线则检测出白线继而输出低电平，若接收不到发射出的光线则测出黑线继而输出高电平。这样自己制作组装的寻迹传感器基本能够满足要求，但是工作不够稳定，且容易受外界光线的影响，因此我们放弃了这个方案。 方案2： 发光二极管+光敏电阻组成光敏探测器，光敏电阻的阻值可以根跟随周围 环境光线的变化而变化。当光线照射到白线上面时，光线发射强烈，光线照射
智能循迹小车
目录 1.第一章绪论 1.1循迹小车的发展现状 1.2 选题意义 1.3本设计的工作 1.3.1设计要求 1.3.2设计思路 2.第二章硬件部分简介 2.1 具体方案论证与设计 2.2 主控芯片的简介 2.2.1 光电反射式传感器（ST178） 2.2.2低功率低失调双比较器LM393 3.第三章光电循迹小车的原理 3.1原理 3.2 传感器电路 3.2.1红外反射式光电传感器原理 3.2.2黑线检测电路
3.3核心控制电路 3.3.1模数转换电路（比较器电路） 3.3.2数字逻辑电路 3.4驱动电路 3.5 拓展功能“防撞” 3.6PCB制板 3.7作品展示 3.8原件清单 4.第四章结论 5.参考文献 6.课程设计心得
绪论 1.1循迹小车发展现状与趋势 智能汽车作为一种智能化的交通工具，体现了车辆工程、人工智能、自动控制、计算机等多个学科领域理论技术的交叉和综合，是未来汽车发展的趋势。寻迹小车可以看作是缩小化的智能汽车，它实现的基本功能是沿着指定轨道自动寻迹行驶。就目前智能小车发展趋势而言：相比价格昂贵、体积大、数据处理复杂
的传感器CCD反射式光电传感器以其价格适中、体积小、数据处理方便等更具有发展优势。 1.2 选题意义 汽车电子迅猛发展，智能车产生和不断探索并服务于人类的趋势将不可阻挡。智能车的研究将会给汽车这个产生了一百多年的交通工具带来巨大的科技变革。人们在行驶汽车时，不再只在乎它的速度和效率，更多是注重驾驶时的安全性，舒适性，环保节能性和智能性等。各国科学家和汽车工作人员以及汽车爱好者都在致力于智能车的研究，研究的成果有很多都已应用于人们的日常生活生产之中，例如在2005年1月美国发射的“勇气”号和“机遇”号火星探测器实质上都是装备先进的智能车辆。因此，研究智能车的实际意义和取得的价值都非常重大。本课题利用传感器识别路径，将赛道信息进行识别处理，利用主控芯片控制小车的行进进而完成循迹。 1.3本设计的工作 1.3.1设计要求 要求：设计并制作一个简易光电智能循迹电动车，其行驶路线示意图如图1-1：（其中粗黑些为光电寻迹线）要求智能循迹小车从起点出发，沿粗黑色引导线到达终点后立即停车但行驶全程行驶时间不能大于90s。
小车走迷宫程序
//这是迷宫小车传感器测试小程序 #include
{ //检测装在PB.5口上的传感器 if(PINB.5){ R=0; PORTA=0xff; } if(PINB.1){ L=0; PORTA=0xff; } } /******************************************* // 蜂鸣器BB程序 */////////////////////////////////////////// void buzzer(void) { unsigned int i=512; for(;i--;) { PORTB.3=!PORTB.3; delay_us(250); } } /******************************************* // 小车“杀车”程序 */////////////////////////////////////////// void black(void) { PORTD.6=!PORTD.6; PORTD.4=!PORTD.4; delay_ms(30); OCR1AL=0; OCR1BL=0; delay_ms(100);
循迹小车课程设计
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 课程设计说明书（论文） 课程名称：单片机课程设计 设计题目：智能循迹小车 院系：测控技术与仪器系 班级：1001104 设计者：陈哲 学号：1100100534 指导教师：周庆东 设计时间：2013/9/2—2013/9/13 哈尔滨工业大学
哈尔滨工业大学课程设计任务书
开题报告 （一）立项背景 本次的课程设计的主要任务是设计一个能够通过红外对管识别黑线、通过PWM电路模块进行调速跟踪黑色条纹带以及通过LCD液晶模块进行脉冲、速度、PWM的占空比三个参数的显示的智能小车。控制板的设计以16位的MC9S128单片机为控制核心，MC9S12XS128是一款功能强大的16位微控制器，具有非常丰富的片上资源，如：10位精度的ADC，节省了片外AD；强大的定时器，方便对电机进行控制，可以进行浮点型运算。另外还有精密的比较器，大容量的RAM和ROM，可存储大容量的程序。驱动板则以L289N 驱动芯片为核心，应用红外对管和LCD液晶模块，成功的实现小车的循迹、测速、调速和显示功能这四大功能。课题完成了红外对管、单片机、控制板、驱动板选择，采购接口电路的设计和连接以传感器和电路的安装位置和方式的安排，并完成了整个硬件的安装工作。除此之外，还对整个控制软件进行设计和程序的编制以及程序的调试，并最终完成了软件和硬件的融合，基本实现了智能小车要求实现的预期的功能。 为了适应机电一体化的发展在汽车智能化方向的发展要求，提出简易智能小车的构想，目的在于：通过独立设计一辆具有简单智能化的简易小车，获得项目整体设计的能力，并掌握多通道多样化传感器综合控制的方法。所以选择“基于单片机的智能小车循迹设计”一题作为尝试。 本次设计主要解决问题是如何实现所要求的四大功能，最后完成硬件实物的组装，并编制相关程序，使其实现功能的融合，做出具有预先要求功能的实物。 （二）课题目的 在我们基本掌握了51单片机的基本使用方法的基础之上，本学期开学初，单片机课程设计给了我们更大的挑战，课题的目的有以下几点。 （1）进一步熟练其他更加高级的单片机的使用方法、提高程序的编写能力 （2）掌握单片机系统外扩器件的连接与使用 （3）学会选择合适的传感器来完成任务 （4）掌握软件和硬件调试的基本技巧与方法 （三）设计思路
自平衡小车设计报告
2012年省电子竞赛设计报告 项目名称：自平衡小车 姓名：连文金、林冰财、陈立镔 指导老师：吴进营、苏伟达、李汪彪、何志杰日期：2012年9月7日
摘要： 本组的智能小车底座采用的是网上淘宝的三轮两个电机驱动的底座,主控芯片为STC89C52,由黑白循迹采集模块对车道信息进行采集,将采集的信息传送到主控芯片,再由主控芯片发送相应的指令到电机驱动模块L298N，从而控制电机的运转模式。 关键词： STC89C52 L298N 色标传感器 E18-F10NK 自动循迹 引言： 近现代，随着电子科技的迅猛发展，人们对技术也提出了更高的要求。汽车的智能化在提高汽车的行驶安全性，操作性等方面都有巨大的优势，在一些特殊的场合下也能满足一些特殊的需要。智能小车系统涉及到自动控制，车辆工程，计算机等多个领域，是未来汽车智能化是一个不可避免的大趋势。本文设计的小车以STC89C52为控制核心，用色标传感器 E18-F10NK作为检测元件实现小车的自动循迹前行。 一、系统设计 本组智能小车的硬件主要有以STC89C52 作为核心的主控器部分、自动循迹部分、电机驱动部分。 1.1方案论证及选择： 根据设计要求，可以有多种方法来实现小车的功能。我们采用模块化思想，从各个单元电路选择入手进行整体方案的论证、比较与选择。 本方案以STC89C52作为主控芯片，通过按键进行模式的选择切换，按键一选择三轮循迹，按键二进行两轮循迹。 1.1.1模式一（三轮循迹）： 模式一（按键一控制）：三轮循迹的时候，通过色标传感器和激光传感器进行实时的数据采集，反馈给主控芯片，主控芯片通过驱动L298来控制两路直流减速电机，从而保证路线的准确性。
迷宫课程设计报告
目录 引言 (1) 一．设计目的 (2) 二．问题描述 (2) 三．需求分析 (3) 四．设计 (3) 五．测试分析 (5) 六．完整代码 (10) 七．设计体会与小结 (17) 八、成绩： (17)
引言 数据结构的学习过程，是进行复杂程序设计的训练过程，是算法构造性思维方法的训练过程，技能培养的过程不亚于知识传授。数据结构课程教学的重要内容和主要难点在于让我们理解、习惯算法构造性思维方法。培养我们的数据抽象能力、算法设计能力以及创造性思维方法，才能够举一反三、触类旁通，从而达到应用知识解决复杂问题的目的。 数据结构作为专业基础课程，可以对去年学习的ｃ语言知识进行总结提高，为后续专业基础课程提供基础，它承上启下，贯通始终，是计算机科学与技术人才素质框架中的脊梁，对我们能力的培养至关重要。通过对数据结构的学习，我们能够以问题求解方法、程序设计方法及一些典型的数据结构算法为对象，学会分析数据对象特征，掌握数理算法，初步掌握算法的时间、空间复杂分析基础，培养良好的程序设计风格以及进行复杂程序设计的技能。
一．设计目的 这次课程设计，我们的题目是迷宫求解。迷宫求解是数据结构中的经典问题，我期望达到的目的有以下4个。1.巩固书本知识，对书上的知识能更透彻的了解.通过自己设计程序积累调试数据结构的经验，培养我们的编程能力。巩固我们所学的数据结构知识，消化课堂所讲解的内容。也是对所学知识的整理，将原来在我们脑中比较混乱的课程设计重新梳理。2.通过课程设计能更好的掌握迷宫求解中的设计思路，为以后灵活运用奠定基础。3.能够独立的完成简单程序的设计以及完成一份较为满意的程序设计报告。4.通过课程设计达到增强巩固数据结构知识的目的，使知识全面化、系统化。 二．问题描述 迷宫问题来源于古希腊的神话，而后被人们演化为一个游戏。以一个N*M的方正表示迷宫，0、1分别表示迷宫中的通路和障碍。设计一个程序对任意设定的迷宫求出一条从入口的通道，或者的出没有通路的结论。假设一个老鼠从起点〈0.0〉沿X轴的八个方向逆时针旋转，老鼠每走到一处，总让它按东，东南，南，西南，西，西北，北，东北8个方向顺序试探下一个位置，如果某方向可以通过，则前进一步，在新位置上继续进行搜索；如果8个方向都走不通或曾经到达过则退回一步，都要进行判断：若前进到了出口处，则说明不存在通路。如此重复直至走到终于，即为成功。
智能循迹小车设计
智能循迹/避障小车研究 工作报告 一、智能循迹小车程序结构框图 二、Proteus仿真图 三、软件程序设计
一、智能循迹小车程序结构框图 经过几天在网上的查找，对智能循迹/避障小车有了大致的了 解， 一般有三个模块： 1、最基本的小车驱动模块，使用两个二相四线步进电机对小车的两个后轮分别进行驱动，前轮最好用万向轮，能使小车更好地转弯； 2、小车循迹模块，在小车底部有三个并排安装的红外对管，对黑色与白色的反射信号不同，经单片机处理后对小车进行相应处理； 3、避障模块，我写的程序中对于避障模块是用中断来处理的（即安装在小车车头的红外对管检测到有障碍物后，就会向单片机的P3_2口输出一个高电平或是低电平，这时中断程序将对小车进行预先设定好的避障处理），但是在程序结构框图中，我不太会表示中断处理方式，所以就用查询的方式画了。
N Y N Y 二、Proteus 仿真图 我用Proteus 大概地仿真了小车的运行状态。图中的两个二相四线步进电机就代表小车的左右轮（假定步进电机顺时针转动方向为小车前进方向），网上有很多种驱动芯片，在仿真时我只使用L298N 芯
片来驱动步进电机。用三个单刀双制开关模拟用于小车循迹的三个红外对管的输出信号，经一个与门与三极管开关连接到P3_3口，中断程序对P1_0, P1_1, P1_2三个口进行检测，并做出相应处理。同时因为避障模块的优先级高于循迹模块，所以将外部中断0用于避障，外部中断1用于循迹。P1_3口则用于检测小车是否到达终点。 1、小车驱动模块： 使用一片298芯片驱动一个二相四线步进电机，电机的电压为12V。
自平衡循迹小车设计报告
题图：自平衡小车系统 摘要：本自平衡小车由单片机芯片STC80C52为主控制器。通过电机驱动和寻迹电路完成三轮（两轮为驱动，一轮为万向轮）寻迹来按照竞赛要求来完成基本部分；在运用MMA7455数字加速度传感器和角速度传感器（ENC03陀螺仪）以及运用电磁线性偏差来完成两驱动轮的直立寻迹。 关键词 STC80C52、小车寻迹、自平衡小车。 Abstract:The self balancing car by single-chip microcomputer chip STC80C52 primarily controller. Through the motor drive and tracing circuit complete three (two wheel for drive, round for universal wheel) tracing to according to the competition requirements to complete basic parts; Using MMA7455 digital acceleration sensor and angular velocity sensor (ENC03 gyroscope) and the use of electromagnetic linear deviation to complete two driving wheel of upright tracing. Keywords STC80C52, car tracing, self balancing car
1系统方案 (3) 1.1模块方案比较与论证 (3) 1.2车体设计 (3) 1.3控制器模块 (3) 1.4寻迹模块 (4) 1.5直流电机驱动模块 (4) 1.6小车直立 (5) 1.7小车速度控制 (5) 1.8小车方向控制 (6) 1.9最终方案 (6) 2 理论分析和计算 (6) 2.1直流电机的转速如何控制？(建立数学模型) (6) 2.2电磁线性偏差检测数学模型建立 (8) 3电路设计1（两轮为驱动轮，一轮为万向轮） (9) 3.1电路总设计框图 (9) 3.2介绍单片机最小系统原理图及其功能 (9) 3.3介绍驱动模块原理图及其功能 (10) 3.4介绍寻迹模块原理图及其功能 (11) 3.5怎样来控制车模直立？（建立数学模型） (12) 3.6车模的方向控制 (14) 3.7车模倾角测量 (14) 4 电路设计2（两驱动轮直立行走） (17) 4.1整个电路的框架接结构 (17) 4.2介绍数字三轴加速度传感器模块与陀螺仪原理图及其功能 (18) 4.3介绍电磁线偏差检测系统电路及其原理 (20) 4.4 整个过程的注意事项 (21) 5 测试方案与结果分析 (22) 5.1寻迹测试方案（7个红外对管用TCR5000） (22) 5.2电机驱动测试方案（主芯片L298N） (22) 6.结论 (23) *参考文献 (23) *附录 (24) 附录1主要元器件芯片 (24) 附录2仪器设备清单 (24) 附录3主要程序清单 (24)