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摘要:本設(shè)計采用目前工業(yè)界通用的意法半導體公司生產(chǎn)的STM32F103C8T6單片機作為核心控制器，采用型號為MPU6050的姿態(tài)傳感器對當前角度進行測量，利用卡爾曼濾波算法對姿態(tài)傳感器采集獲得的姿態(tài)角進行優(yōu)化濾波。利用日本東芝公司生產(chǎn)的TB6612驅(qū)動芯片驅(qū)動減速電機，使小車達到平衡；同時通過自制的遙控器進行遙控使實現(xiàn)小車的遙控轉(zhuǎn)向等功能。具體來講，本次畢設(shè)主要完成了遙控小車的硬件（包括結(jié)構(gòu)和電路）的設(shè)計和軟件部分的設(shè)計。 在硬件設(shè)計方面，主要完成了智能小車和遙控器的設(shè)計工作。智能小車由5部分組成，主要包含微處理器、角度檢測模塊、驅(qū)動模塊、穩(wěn)壓模塊以及執(zhí)行設(shè)備（小車車體）。遙控器由4部分組成，主要包含微處理器、角度檢測模塊、穩(wěn)壓模塊以及執(zhí)行設(shè)備（控制桿和藍牙模塊）。操作者打開遙控器和小車上的開關(guān)，當連接指示燈亮起提示連接成功后，可以通過控制桿或重力感應(yīng)對小車進行遙控完成行進和轉(zhuǎn)向。 軟件部分為兩部分。小車包含了主程序、初始化子程序、檢測子程序，濾波子程序和控制子程序。實現(xiàn)小車的平衡穩(wěn)定，并通過完成藍牙接收指令。遙控器包括主程序、初始化子程序、檢測子程序、發(fā)送子程序。實現(xiàn)遙控器的指令發(fā)送，重力感應(yīng)的檢測。兩部分聯(lián)系起來使得，小車在遙控器兩種的模式控制下完成規(guī)劃動作。 通過本次畢業(yè)設(shè)計，我對程序框架搭建，程序編寫以及結(jié)構(gòu)的組裝有了更深刻的印象，同時有自學了許多新興的技術(shù)如3D打印技術(shù)。
關(guān)鍵詞：STM32F103C8T6；MPU6050姿態(tài)模塊；卡爾曼濾波；串級PID；電機速度控制
目錄 摘要 Abstract 1 緒論-1 1.1課題背景-1 1.2 遙控平衡小車的關(guān)鍵技術(shù)-3 1.2.1遙控平衡小車的系統(tǒng)設(shè)計-3 1.2.2姿態(tài)檢測系統(tǒng)-3 1.2.3控制算法-3 1.3研究目標及內(nèi)容-3 1.4 論文章節(jié)安排-4 2 系統(tǒng)整體設(shè)計-5 2.1 系統(tǒng)框圖-5 2.2 控制系統(tǒng)要求分析-5 2.3 平衡控制原理-6 2.4 PID控制器-6 2.5 姿態(tài)檢測系統(tǒng)-6 2.6 本章小結(jié)-7 3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計-8 3.1 STM32F103C8T6單片機介紹-9 3.2 單片機最小系統(tǒng)研究-9 3.3 電源管理模塊-11 3.4 姿態(tài)檢測模塊-13 3.5 電機驅(qū)動及測速模塊-13 3.5.1 TB6612電機驅(qū)動模塊-14 3.5.2 霍爾編碼器研究與使用-15 3.6 本章小結(jié)-16 4系統(tǒng)軟件設(shè)計-17 4.1 軟件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)-17 4.2 單片機初始化設(shè)計-18 4.2.1 時鐘初始化-18 4.2.2 中斷初始化-18 4.2.3 串口初始化-19 4.2.4 測速模塊初始化-19 4.3 姿態(tài)檢測模塊設(shè)計-19 4.3.1 MPU6050模塊初始化-19 4.3.2 卡爾曼濾波算法-20 4.4位置式閉環(huán)與增量式閉環(huán)-21 4.4.1 位置式閉環(huán)-21 4.4.2 增量式閉環(huán)-21 4.5本章小結(jié)-21 5機械結(jié)構(gòu)設(shè)計-22 5.1小車的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計-22 5.2遙控器機械結(jié)構(gòu)設(shè)計-23 5.2本章小結(jié)-25 6系統(tǒng)調(diào)試-26 6.1硬件調(diào)試-26 6.1.1 車輪的安裝與調(diào)整-26 6.1.2 印刷電路板的設(shè)計-26 6.1.3 MPU6050的安裝-26 6.2軟件調(diào)試-27 6.2.1 直立環(huán)調(diào)試-27 6.2.3 方向環(huán)調(diào)試-27 結(jié) 論-28 參 考 文 獻-29 附錄A 系統(tǒng)電路原理圖和PCB圖-30 附錄B 實物圖照片-31 致 謝-33 |
