本文關(guān)鍵詞：基于CCD的自平衡小車的設(shè)計(jì)

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【摘要】：兩輪自平衡小車是一種利用動(dòng)態(tài)平衡原理為基礎(chǔ)的控制對(duì)象，它的原理主要是建立在一種被稱為“動(dòng)態(tài)穩(wěn)定”[1]的基本原理上，也就是車輛本身的自動(dòng)平衡能力。以內(nèi)置的陀螺儀ENC-03MB來(lái)采集兩輪車的角速度，加速度計(jì)MMA7361來(lái)采集兩輪車的角度，然后將角度融合得出兩輪車所處的姿勢(shì)狀態(tài)，透過精密且高速的中央微處理器MC9S12G128計(jì)算出適當(dāng)?shù)闹噶詈�，通過PWM模塊驅(qū)動(dòng)馬達(dá)來(lái)做到平衡的效果。隨著兩輪車車身的傾斜，微控制器可以隨心所欲地控制兩輪車的行駛速度及前進(jìn)方向。由此開發(fā)出來(lái)的智能平衡車“賽格威”不僅非常的輕巧、靈活、安全并且攜帶方便，而且極大地?cái)U(kuò)展視野，也帶給您不一般的駕駛體驗(yàn)。兩輪自平衡電動(dòng)車具有智能控制、運(yùn)動(dòng)靈活、節(jié)省能源、操作簡(jiǎn)單、綠色環(huán)保、轉(zhuǎn)彎半徑為0等優(yōu)點(diǎn)。因此把它運(yùn)用在狹小空間內(nèi)運(yùn)行，比如體育場(chǎng)館、大型公園及廣場(chǎng)、國(guó)際性會(huì)議或展覽場(chǎng)所、大型購(gòu)物中心、生態(tài)旅游風(fēng)景區(qū)、辦公大樓、城市中的生活住宅小區(qū)等各種室內(nèi)或室外場(chǎng)合中作為人們的中、短距離代步工具是非常合適的。本來(lái)因?yàn)閮奢嗆嚨膬奢喗Y(jié)構(gòu)，導(dǎo)致兩輪車的重心在上、支點(diǎn)在下，所以它本身為一個(gè)不穩(wěn)定系統(tǒng)。但是，我們可以利用倒立擺[2]的原理，通過微控制器來(lái)保證它的平衡。并且能夠在平衡的基礎(chǔ)上，按照我們的意思辦事。形象地說，兩輪平衡車的工作原理就像人行走的過程。在人行走的過程當(dāng)中，如果人體的重心往前傾斜并要失去平衡的時(shí)候，人會(huì)通過自己的眼睛觀察到自己身體的傾斜，于是人就會(huì)做出相應(yīng)的反應(yīng)來(lái)防止自己摔倒。反之，如果人體的重心往后傾斜，人體會(huì)做出相反地動(dòng)作來(lái)防止自己摔倒在地。因此，如果將兩輪車的車輪比作是人的兩條腿，，再加上可以測(cè)量小車的角速度和傾斜角度，最后通過微控制器的控制便可以實(shí)現(xiàn)車體自平衡的效果�！百惛裢弊云胶廛嚲哂醒h(huán)儲(chǔ)能設(shè)計(jì)，采用重心控制方式，剎車，停車都是靠檢測(cè)重心來(lái)實(shí)現(xiàn)的，并沒有專門的摩擦剎車系統(tǒng)，因此減速過程中，動(dòng)能并沒有因?yàn)槟Σ赁D(zhuǎn)化為熱能而浪費(fèi)掉，而是又轉(zhuǎn)化成電能儲(chǔ)存到電池中。中國(guó)智能平衡車的出現(xiàn)，無(wú)疑是讓人們?cè)谠絹?lái)越擁堵的城市里，自由靈活的出行。 CCD稱為電荷耦合器件，也可以把它稱之為CCD圖像傳感器。它是一種可以把光學(xué)影像轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)的半導(dǎo)體器件。CCD上分布整齊的光電二極管稱為像素。CCD的分辨率與它的像素成正比，CCD模塊傳感器通過其上面的光電二極管感應(yīng)光線，然后把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。我們?cè)趦奢嗠妱?dòng)平衡小車上面安裝了一個(gè)CCD模塊，讓它檢測(cè)賽道上的黑條，從而判斷其前進(jìn)的方向。最后CCD模塊上的外圍電路將檢測(cè)的結(jié)果傳送給單片機(jī)AD采集端口，讓單片機(jī)做出合理的判斷，然后通過單片機(jī)MC9S12G128的PWM模塊控制電機(jī)的差速轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)控制前進(jìn)的方向，以至于不讓兩輪電動(dòng)平衡小車跑出賽道。
【關(guān)鍵詞】：CCD 自平衡 控制 設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TP23
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目錄8-11
• 第一章 緒論11-15
• 1.1 平衡車課題研究意義11-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀對(duì)比13
• 1.3 平衡車課題研究?jī)?nèi)容13-15
• 第二章 CCD15-19
• 2.1 CCD 的概念15
• 2.2 CCD 工作原理15
• 2.3 CCD 功能特性15
• 2.4 關(guān)于 TSL140115-17
• 2.4.1 與攝像頭 CCD 的區(qū)別15-16
• 2.4.2 TSL1401 功能描述16
• 2.4.3 積分時(shí)間 OR 曝光時(shí)間16-17
• 2.4.4 關(guān)于曝光時(shí)間長(zhǎng)短討論17
• 2.5 線性 CCD 常見問題17-19
• 2.5.1 鏡頭選配問題17
• 2.5.2 輸出放大問題17
• 2.5.3 調(diào)焦問題17-19
• 第三章 自平衡小車的簡(jiǎn)要介紹19-21
• 3.1 基本原理19
• 3.2 運(yùn)動(dòng)機(jī)理19-20
• 3.3 自平衡小車的發(fā)展20-21
• 第四章 兩輪直立小車的主控制器軟硬件設(shè)計(jì)21-31
• 4.1 飛思卡爾單片機(jī) MC9S12G128 的概述21-22
• 4.2 G128 的主要資源應(yīng)用22-23
• 4.3 G128 最小系統(tǒng)原理圖及實(shí)物圖23-24
• 4.4 倍頻控制算法24-25
• 4.5 AD 信號(hào)采集25-28
• 4.6 單片機(jī)中斷服務(wù)函數(shù)28-31
• 第五章 關(guān)于陀螺儀模塊的設(shè)計(jì)31-35
• 5.1 陀螺儀的介紹31
• 5.1.1 陀螺儀的定義31
• 5.1.2 陀螺儀的主要參數(shù)31
• 5.1.3 陀螺儀的特性31
• 5.2 陀螺儀的原理及應(yīng)用31-32
• 5.2.1 陀螺儀的原理31-32
• 5.2.2 陀螺儀的應(yīng)用32
• 5.3 陀螺儀模塊的原理圖和實(shí)物圖32-35
• 第六章 加速度計(jì)模塊的設(shè)計(jì)35-39
• 6.1 加速度計(jì)的介紹35-36
• 6.1.1 加速度計(jì)的定義35
• 6.1.2 加速度計(jì)的主要參數(shù)35
• 6.1.3 加速度計(jì)的特性35-36
• 6.2 加速度計(jì)的原理及應(yīng)用36
• 6.2.1 加速度計(jì)的原理36
• 6.2.2 加速度計(jì)的應(yīng)用36
• 6.3 加速度計(jì)模塊的原理圖及實(shí)物圖36-39
• 第七章 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)39-45
• 7.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)的概要39
• 7.2 L298 的原理及應(yīng)用39-40
• 7.2.1 L298 的應(yīng)用原理39-40
• 7.2.2 L298 的引腳功能說明40
• 7.3 L298 的原理圖及實(shí)物圖40-41
• 7.4 電機(jī)控制輸入41-42
• 7.5 電機(jī)控制輸出42-45
• 第八章 車模的機(jī)械設(shè)計(jì)45-51
• 8.1 車身的改裝45-46
• 8.2 平衡桿的安裝46
• 8.3 光電編碼器46-48
• 8.3.1 光電編碼器的介紹46-47
• 8.3.2 光電編碼器的主要參數(shù)47-48
• 8.3.3 光電編碼器的安裝實(shí)物圖48
• 8.4 電機(jī)的安裝48-49
• 8.5 陀螺儀和加速度計(jì)的安裝49-51
• 第九章 總結(jié)與展望51-53
• 9.1 工作總結(jié)51
• 9.2 展望51-53
• 參考文獻(xiàn)53-55
• 致謝55-56

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 胡思明;一種減小積分零漂的方法[J];電子技術(shù);1996年02期

2 許俊巧,李建,金晶,黃正烈;利用單片機(jī)形成的速度閉環(huán)控制系統(tǒng)[J];自動(dòng)化與儀器儀表;2005年04期

本文編號(hào)：708407