智能车速度控制系统的设计与实现
智能车速度控制系统的设计与实现
引言
在智能车竞赛中，速度控制不能采用单纯的PID，而要采用能够在全加速、紧急制动和闭环控制等多种模式中平稳切换的“多模式”速度控制算法，才能根据不同的道路状况迅速准确地改变车速，实现稳定过弯。
系统硬件设计
按照竞赛要求，本文设计的智能车速度控制系统，以飞思卡尔
MC9S12DG128 单片机为核心[1]，与车速检测模块、直流电机驱动模块、电源模块等一起构成了智能车速度闭环控制系统。单片机根据赛道信息采用合理的控制算法实现对车速的控制，车速检测采用安装于车模后轴上的光电编码器，直流电机驱动采用了由四个MOS管构成的H桥电路如系统建模
一个针对实际对象的控制系统设计，首先要做的就是对执行器及系统进行建模，并标定系统的输入和输出。为了对车速控制系统设计合适的控制器，就要对速度系统进行定阶和归一化[2]。对此，分别设计了加速和减速模型测定实验。通过加装在车模后轮轴上的光电编码器测量电机转速。编码器齿轮与驱动轮的齿数比为33/76，编码器每输出一个脉冲对应智能车运动1.205mm。车模可以通过调节加给电机的PWM波的占空比进行调速。单片机上的PWM模块可以是8位或16位的，为了提高调速的精度，电机调速模块选用16位PWM，其占空比调节范围从0到65535，对应电机电枢电压从0%到100%的电池电压。
将车模放置在一段长直跑道上，采用开环方式给驱动电机加上不同的电压，记录车模在速度进入稳定后的速度值。然后将所测得的电枢电压与车速进行拟合的曲线如根据实验数据可以确定车速执行器系统的零点和增益。车速V
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：
外网远程控制WIFI智能小车机器人
本期教程专门介绍如何让我们的机器人与互联网相连，实现远程安防监控与控制！然后可以在全球范围内控制它。本教程使用的路由器为WR703N，DB120的路由外网控制设置。 一、基本原理 外网控制的基本原理就是“端口映射”+“动态域名”。什么叫端口映射呢？简单地说，就是在你家里的无线路由器上做一个设置，使得外网对于路由器上一个特定的端口的访问会被路由器重新转到一个指定的IP主机和端口，这样一来，家里的无线路由器就等于是一个“桥”，联通了外网和小车机器人上面的路由，使得我们可以在外网控制家里的机器人。 那么“动态域名”又是什么呢？大家可以想想：我们家里的路由器每次开机后，对外的IP 地址都是不同的，那么控制小车就需要每次通过查询路由对外的IP地址，然后重新设置控制端的IP，这是个很麻烦的事。“动态域名”就可以完美地解决这个问题，你先向动态域名提供商申请一个动态域名，这个域名是不变的，比如：https://www.wendangku.net/doc/ba18401981.html,，提供商会给你一个账号密码，把这个账号密码填入路由的动态域名功能里面，每次开机的时候，路由就会向域名提供商的服务器登录，服务器就可以获取本次登录时，路由对外网的地址，然后自动帮你把这个新IP绑定在https://www.wendangku.net/doc/ba18401981.html,这个域名上面，这样一来，我们就没必要每次都去找路由当前的IP了，直接输这个域名就可以连到我们的路由。 我们今天要做的也就是利用上面的原理完成外网到家里的无线路由器，再到机器人上面 的WIFI板这一过程。 二、外网映射设置 1、家庭路由器设置。 首先需要一个家用的路由器，可以上外网的，这个路由器就是作为沟通小车与外界的桥梁。在这里，我选用了我的TP-Link WR641G+路由器。 第一步：设置转发规则 如下图所示，登陆家庭路由器的192.168.1.1管理界面，找到转发规则——》虚拟服 务器 在这里，因为我们的WIFI机器人运行需要开两个端口，端口8080为视频端口，端口2001为控制端口，所以我们添加两个端口转发规则，这边我使用192.168.1.108作为转发的目标客户端，这就是我们的WIFI板IP地址。这个IP可以自己定的，但是必须为固定的。并 且在家庭路由器的DHCP范围内。 通过这个设置，来自外网的对8080端口和2001端口的访问将重新发送到 192.168.1.108这个IP的客户端上，也就是我们的WIFI板。
基于单片机的两轮自平衡车控制系统设计
基于单片机的两轮自平衡车控制系统设计 摘要 两轮自平衡车是一种高度不稳定的两轮机器人，就像传统的倒立摆一样，本质不稳定是两轮小车的特性，必须施加有效的控制手段才能使其稳定。本文提出了一种两轮自平衡小车的设计方案，采用重力加速度陀螺仪传感器MPU-6050检测小车姿态，使用互补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STC 公司的8位单片机STC12C5A60S2为主控制器，根据从传感器中获取的数据，经过PID算法处理后，输出控制信号至电机驱动芯片TB6612FNG，以控制小车的两个电机，来使小车保持平衡状态。 整个系统制作完成后，小车可以在无人干预的条件下实现自主平衡，并且在引入适量干扰的情况下小车能够自主调整并迅速恢复至稳定状态。通过蓝牙，还可以控制小车前进，后退，左右转。 关键词：两轮自平衡小车加速度计陀螺仪数据融合滤波 PID算法 Design of Control System of Two-Wheel Self-Balance Vehicle based on Microcontroller Abstract Two-wheel self-balance vehicle is a kind of highly unstable two-wheel robot. The characteristic of two-wheel vehicle is the nature of the instability as traditional inverted pendulum, and effective control must be exerted if we need to make it stable. This paper presents a design scheme of two-wheel self-balance vehicle. We need using gravity accelerometer
智能小车舵机控制精编版
智能小车舵机控制精编 版 MQS system office room 【MQS16H-TTMS2A-MQSS8Q8-MQSH16898】
1 //只利用一个定时器 T0，定时时间为，定义一个角度标识，数值为 1、2、3、4、5， //实现、1ms、、2ms、高电平的输出，再定义一个变量，数值最大为 40，实现周期为 20ms。 //每次进入定时中断，判断此时的角度标识，进行 //相应的操作。比如此时为 5，则进入的前 5 次中断期间，信号输出为高电平，即为的 //高电平。剩下的 35 次中断期间，信号输出为低电平，即为的低电平。这样总的时间 //是 20ms，为一个周期。 //用51板上s1和s2按键 //用P1^7输出 PWM信号控制舵机 #include "" unsigned char count; //次数标识 sbit pwm =P1^7 ; //PWM信号输出 sbit jia =P3^0; //角度增加按键检测IO口 sbit jan =P3^1; //角度减少按键检测IO口 sbit jianwei=P3^4; //按键位 unsigned char jd; //角度标识 sbit dula=P2^6; sbit wela=P2^7; unsigned char code table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d, 0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e void delay(unsigned char i)//延时 { unsigned char j,k; for(j=i;j>0;j--) for(k=125;k>0;k--); } void Time0_Init() //定时器初始化 { TMOD = 0x01; //定时器0工作在方式1 IE= 0x82; TH0= 0xfe; TL0= 0x33; //晶振， TR0=1; //定时器开始 } void Time0_Int() interrupt 1 //中断程序 { TH0 = 0xfe; //重新赋值 TL0 = 0x33; if(count 由于今年组委会光电管和摄像头分开比赛。所以传感器部分我们选择了光电管，比赛以小车的速度记成绩，为了让小车更快更稳得跑完全程，传感器的探测距离必须要远，既要有大的前瞻，普通的红外对管由于功率较小，探测距离增大时，干扰严重，所以我们自制了大功率对管，同时采用了程序控制脉冲发光的办法，有效的降低了发热，提高了系统的稳定性。 系统采用采用了7.2V 2000mAh Ni-Cd蓄电池作为系统能源，并且通过稳压电路分出6伏，5伏已分别给舵机和单片机供电。 直流电机驱动模块接收速度控制信号控制驱动电机运行，达到控制车速目的。转向伺服模块控制舵机转向，进而控制智能车转弯。速度测量模块实时测量智能车车速，用于系统的车速闭环控制，以精确控制车速。 系统充分使用了MC9S12DG128单片机的外围模块，具体使用到的模块包括：ADC模拟数字转换模块、定时器模块、PWM脉冲宽度调制模块、中断模块、I/O 端口和实时时钟模块等。 系统调试过程中，使用了组委会提供的代码调试环境CodeWarrior IDE，同时使用了清华的软件进行了仿真试验。 图1.1 系统结构框图 3.1舵机部分 为了使转弯更加灵活，对舵机相关部分作了部分改动。首先，我们将舵机力臂加长85mm。这样，对于同样的转弯角度值，只需更小的舵机转角，减小了舵机转弯时惯性带来的弊端。其次，我们将舵机反装，使舵机连杆水平，因为此时舵机提供的力全部用在转弯上。 3.2前轮部分 为了增加前轮转弯时的稳定性，对前轮相关部分进行了部分改动。首先，更改前后垫片 的数量，使前轮主销后倾，这样，车轮具有更好的自动回正功能。其次，更改连杆的长度，使车轮外倾，车轮转弯时，前半部分重心上移，促使赛车转弯更加稳定。再次，我们通过更改舵机连杆的长度，增加前轮前束，同样增加了前轮的稳定性。 3.3底盘部分 为了提高赛车运行时的稳定性，对地盘相关部分作了部分改动。首先，前轮相关位置加垫片，降低了前轮重心。其次，更改后轮车轴处的调节块，使后轮重心升高，这样，车身前倾，一定程度上，增加了车的稳定性。 3.4后轮部分 首先，更换后轮轮距调节块，使后轮两轮之间间距加大。这样，车在转弯时不容易产生侧滑。其次，调节后轮差速，使赛车转弯更加灵活。 4.1电源部分 为了能使智能车系统能正常工作，就需要对电池电压调节。其中，单片机系统、车速传感器电路需要5V 电压，路径识别的光电传感器和接收器电路电压工作为5V 、伺服电机工作电压范围4.8V 到6V(或直接由电池提供)，直流电机可以使用7.2V 2000mAh Ni-cd 蓄电池直接供电。考虑到由于驱动电机引起的电压瞬间下降的现象，因此采用低压降的三端稳压器成为必然。我们在采用lm7805，和lm7806作为稳牙芯片。经试验电压纹波小，完全可以满足要求。 电池（7.2v ） 2000mAh Ni-cd 稳压电路 电机 图4.1系统电压调节图 5V 对管 单片机 舵机 测速板 6V 7.2V 实验五：树莓派平台-------按键控制小车启动实验 1、实验前准备 图1-1 树莓派主控板 图1-2 按键开关 2、实验目的 ssh服务登录树莓派系统之后，编译运行按键控制小车启动实验后，按下KEY 启动小车，小车会自动先前进1s，后退1s，左转2s，右转2s，原地左转3s，原地右转3s，接着停止0.5s。 3、实验原理 按键消抖：通常我们的按键开关一般都是机械弹性开关，当机械触点断开，闭合时，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关子在闭合时不会马上就能稳定的接通，在断开时也不会一下子彻底断开，而是在闭合和断开时会伴随着一连串的抖动。 图3-1 按键抖动状态图 抖动时间一般都是由按键的机械特性决定的，一般都会在10ms以内，为了确保程序对按键的一次闭合后一次断开只响应一次，必须进行按键的消抖处理，有硬件消抖和软件消抖。 其中，软件消抖指的是检测出键闭合后执行一个延时程序,产生5ms～10ms 的延时,让前沿抖动消失后再一次检测键的状态,如果仍保持闭合状态电平,则确认为真正有键按下。当检测到按键释放后,也要给5ms～10ms的延时,待后沿抖动消失后才能转入该键的处理程序。 硬件消抖是在开关两段接一个0.1uf的电容。本次实验我们采取的是软件延时去抖。 4、实验步骤 4-1.看懂原理图 图4-1 树莓派主控板电路图 图4-2 按键 图4-3 树莓派40pin引脚对照表 4-2 由电路原理图可知按键是直接连接到主控板上的wiringPi编码的10口。我们设置10口为输入模式，并当按下按键时通过检测该引脚的电平状态，来判断按键是否被按下。 4-3 程序代码如下： /************************************************************************** ** 简单寻迹程序：接法 EN1 EN2 PWM输入端，本程序不输入PWM，直接使插上跳线帽，使能输出，这样就能全速运行 接上测速模块 测速模块电源+5V GND 取自于单片机板靠近液晶调节对比度的电源输出接口 把测速模块输出OUT1 OUT2 接入单片机P3。2 P3。3 P1_0 P1_1 接IN1 IN2 当P1_0=1,P1_1=0; 时左上电机正转左上电机接驱动板子输出端（蓝色端子OUT1 OUT2） P1_0 P1_1 接IN1 IN2 当P1_0=0,P1_1=1; 时左上电机反转 P1_0 P1_1 接IN1 IN2 当P1_0=0,P1_1=0; 时左上电机停转 P1_2 P1_3 接IN3 IN4 当P1_2=1,P1_3=0; 时左下电机正转左下电机接驱动板子输出端（蓝色端子OUT3 OUT4） P1_2 P1_3 接IN3 IN4 当P1_2=0,P1_3=1; 时左下电机反转 P1_2 P1_3 接IN3 IN4 当P1_2=0,P1_3=0; 时左下电机停转 P1_4 P1_5 接IN5 IN6 当P1_4=1,P1_5=0; 时右上电机正转右上电机接驱动板子输出端（蓝色端子OUT5 OUT6） P1_4 P1_5 接IN5 IN6 当P1_4=0,P1_5=1; 时右上电机反转 P1_4 P1_5 接IN5 IN6 当P1_4=0,P1_5=0; 时右上电机停转 P1_6 P1_7 接IN7 IN8 当P1_6=1,P1_7=0; 时右下电机正转右下电机接驱动板子输出端（蓝色端子OUT7 OUT8） P1_6 P1_7 接IN7 IN8 当P1_6=0,P1_7=1; 时右下电机反转 P1_6 P1_7 接IN7 IN8 当P1_6=0,P1_7=0; 时右下电机停转 P3_2接四路寻迹模块接口第一路输出信号即中控板上面标记为OUT1 P3_3接四路寻迹模块接口第二路输出信号即中控板上面标记为OUT2 P3_4接四路寻迹模块接口第三路输出信号即中控板上面标记为OUT3 P3_5接四路寻迹模块接口第四路输出信号即中控板上面标记为OUT4 四路寻迹传感器有信号(白线）为0 没有信号（黑线）为1 四路寻迹传感器电源+5V GND 取自于单片机板靠近液晶调节对比度的电源输出接口 关于单片机电源：本店驱动模块内带LDO稳压芯片，当电池输入6V时时候可以输出稳定的5V 分别在针脚标+5 与GND 。这个输出电源可以作为单片机系统的供电电源。 ****************************************************************************/ #include 呼伦贝尔学院 计算机科学与技术学院 本科生毕业论文(设计) 题目：基于Arduino控制的 WIFI智能小车 学生姓名：苑伟 学号： 专业班级：2011级计算机科学与技术一班 指导教师：陶锐 完成时间： 2015年5月22日 目录 摘要 本次设计wifi智能小车主要采用Arduino作为底层硬件控制核心，接收来自路由器的指令执行相关操作；采用PWM脉冲调节小车速度、舵机控制以及灯光亮度；采用定时器实现小车数据的发送、小车的避障及计算小车的行驶速度；运用简单的PID算法实现轮胎直接的差速控制；采用路由器发射无线wifi，使用Lua脚本实现了接收单片机数据及发送操作指令，设计了web页面控制小车的B/S模式结构。 关键字：Arduino；PWM脉冲；PID算法；web控制 Abstract The design of wi-fi smart cars mainly adopts the Arduino as the control core to receive instructions from the router perform related operations; Using PWM pulse to adjust the vehicle speed, steering gear control and lighting brightness; using timer to realise the transmission of car data ，the breakdown of the car and calculate the car speeds; Using the simple PID algorithm tyre direct differential control; Using wireless wifi router launch, using the Lua script implements receiving MCU data and send operation instructions,and at last, it designs a web page to control the car B/S mode structure. Keyword: Arduino; PWM Pulse; PID arithmetic; Web manage 智能小车控制系统设计 ——ARM控制模块设计 EasyARM615是一款基于32位ARM处理器，集学习和研发于一体的入门级开发套件，该套件采用Luminary Micro(流明诺瑞)公司生产的Stellaris系列微控制器LM3S615。本系统设计是以EasyARM615开发板为核心，通过灰度传感器检测路面上的黑线，运用PWM直流电机调速技术，完成对小车运动轨迹等一系列的控制。同时利用外扩的液晶显示器显示出各个参数。以达到一个简易的智能小车。 本文叙述了系统的设计原理及方法，讨论了ISR集成开发环境的使用，系统调试过程中出现的问题及解决方法。 据观察，普通的玩具小车一般需要在外加条件下才能按照自己的的设想轨迹去行驶，而目前可借助嵌入式技术让小车无需外加条件便可完成智能化。在小车行驶之前所需作的准备工作是在地面上布好黑线轨迹，设计好的小车便可按此黑线行驶，即为智能小车。其设计流程如下： 1、电机模块 采用由达林顿管组成的H型PWM电路。PWM电路由四个大功率晶体管组成，H桥电路构成，四个晶体管分为两组，交替导通和截止，用单片机控制达林顿管使之工作在开关状态，根据调整输入控制脉冲的占空比，精确调整电机转速。这种电路由于管子工作只在饱和和截止状态下，效率非常没。H型电路使实现转速和方向的控制简单化，且电子开关的速度很快，稳定性也极强，是一种广泛采用的PWM调整技术。 具体电路如下图所示。本电路采用的是基于PWM原理的H型驱动电路。该电路采用TIP132大功率达林顿管，以保证电动机启动瞬间的8安培电流要求。 2、传感器模块 灰度测量模块，是一种能够区分出不同颜色的的电子部件。灰度测量模块是专为机器人设计的灰度传感器。例如：沿着黑色轨迹线行走，不偏离黑色轨迹线；沿着桌面边沿行走，不掉到地上，等等。足球比赛时，识别场地中灰度不同的地面，以便于进行定位。不同的物体对红外线的反射率不同，黑色最低，白色最高；它通过发射红外线并测量红外线被反射的强度来输出反映物体颜色的电压信号，有效距离3-30毫米。 其技术规格如下： 已知灰度传感器的输出电压为0-3.3V，所以可通过ARM615开发板上的ADC 模块转换成数字信号，最后通过不断测试得出黑线与白线的大概参数值，完成对小车传感器部分的设计。 在本次设计中选择二个灰度传感器，其实现效果与布局如下所示。 智能车转角与速度控制算法 1.检测黑线中点Center：设黑、白点两个计数数组black、white，从第一个白点开始，检测到一个白点，白点计数器就加1，检测到第一个黑点，黑点计数器就加1，并且白点计数器停止，以此类推扫描每一行；黑线中点=白点个数+（黑点的个数/2） 2.判断弯直道： 找出黑线的平均位置avg (以每10行或者20…作为参照，行数待定) 算出相对位移之和(每一行黑线中点与黑线平均位置距离的绝对值之和) 然后用Curve的大小来确定是否弯直道（Curve的阀值待定）。 3.控制速度： 根据弯度的大小控制速度大小。 //*****************************弯度检测函数*******************************// Curvecontrol () { int black[N]; //黑点计数器 int white[N]; //白点计数器 int center[N]; //黑线中点位置 int avg; //黑线中点平均位置 int curve；//N行的相对位移之和 if(白点) ++white[N]; //判断黑白点的个数 else ++black[N]; center[N]=white[N]+black[N]/2; //每一行的黑线中点avg=(center[1]+center[2]+...+center[N])/N; //求出黑线中点的平均位置 curve=(|avg-center[1]|+|avg-center[2]|+...+|avg-center[N]|)/N //求出N行的相对位移之和 return curve; //返回弯度大小 智能车速度控制pid（电机闭环控制算法） 对于智能车的电机闭环控制算法，我之所以标题没有写上智能车电机PID闭环控制算法是因为PID 算法根本就不是特别好的适用于智能车这种变化很快的系统，对于智能车，电机的调速可以说是时时刻刻再进行调速控制的，我上面说描述的经典PID 算法，都是针对一些惰性系统，也就是说是变化比较慢的系统的，所以对于智能车的电机调速采用完完整整的PID 算法，是根本不可取的，及时采用了，你必须要经过一些变换和改进才能使用。以上的简述只是鄙人自己的看法，如有错误，请各位高手指正。现在估计您会疑问，PID 不适用于智能车的电机控制，那什么才适用呢？ 鄙人原来做过智能车，从鄙人本身的理解，P 算法控制电机，也就是比例控制是最好的，反应速度快，控制精度高，不存在积分和微分效应，非常适用于适用于控制周期短的系统，当然，对于一些特殊的逻辑控制算法，可能要采用PD算法，用微分来做补偿，防止震荡和超调。下面来说下电机控制算法从开始的加入到最终的确定的方法： 当然这一切的前提就是安装了编码器，车速有反馈，只有加上编码器，有了反馈，才能组成一个闭环系统。当然您也可以加上码盘，或者霍尔开关等一切可以返回车速的东西都可以。 （1）首先建议在车速比较慢的时候，采用PID 算法来控制电机，为什么开始要建议您采用PID 呢？主要是为了让您更加深刻理解PID 算法的精髓和调试步骤方法等，有助于以后对控制算法更加深入的研究和书写。调试PID 三个参数的方法，很多地方都提供了，我在这里简单的说下：首先将ID 参数都变为0，先调整P 比例参数，调整到速度基本上跟您给定的速度差不多，也就是说基本稳定在您给定的脉冲数，当然这个时候会非常的震荡，不要担心，接下来调整I，调整I 的结果就是震荡会消除很多，但是车速会变化缓慢，也就是说会有一些延迟，然后再调整D，调整D 的结果就是增强调节的灵活性和预见性，在给定速度变化的过程中，能够以一个平稳过渡来变换，而且速度可以长时间稳定在给定速度附近，然后PID 三个参数的基本范围就确定了，然后再根据实际的跑车来微调这些参数，当然在您调试PID之前，请仔细阅读PID 理论知识，这样有助于您的调试和理解， WIFI智能小车机器人 作者：福建师范大学协和学院陈洋斌叶志燕沈渊 指导教师：钟伟雄林民庆 作品简介 在平常的生活中，我们经常会见到有人在玩遥控车，甚至现在还有了遥控飞机。这一切在过去那些年都还只是人们眼中孩子们的玩具而已，然而随着科技的发展，关于机器人的电影，或者是现实生活中科学研究者研发出来的仿生机器人经常在各种媒体中不断的报导。这毫无疑问，再过个几十年，机器人将走进我们的家庭中，它将为我们带来更多的便利。如今，很多电子发烧友DIY出了各种版本WIFI机器人。Wifi Robot,顾名思义就是通过wifi无线网控制的机器人，比起普通的遥控车，它的好处就是遥控信号覆盖范围可以做到很广。 WIFI智能小车机器人是一种基于WIFI的无线远程智能遥控机器人，利用非常成熟的WIFI无线网络为数据载体，实现控制数据，视频数据传送而达到控制小车和视频监控等等功能。它是集无线通信、实时电机驱动、多向机械云台、视频监控、环境温度检测、为一体的多功能智能遥控车。本系统在电脑端上位机采用QT编程，由于QT面向多平台，并且可移植性好。通过QT编写的上位机，便可以把控制数据通过Socket发送到路由器，路由器再通过ser2net把数据包解开，然后转发到路由器的串口; 该系统的控制端采用STC15单片机作为微处理器，通过STC15单片机与路由器建立串口通信，便能利用路由器的串口数据进行控制电机的工作状态模式和三个陀机的工作角度。STC15单片机还负责实时监控环境温度并经过路由器反馈至电脑，让使用者可以实时了解小车所在地的气温，以便于在到达目的地之前设定好空调温度等应用。 平台选型说明 本设计使用本届大赛指定的单片机开发板(以STC15F2K61S2芯片为控制核心) 设计说明 1、设计要求 1.找一台能刷Linux的无线路由器，将其操作系统刷成OpenWrt。 中北大学 课程设计说明书 学生姓名: *杰学号：* 学院: 仪器与电子学院 专业: * 题目: 基于ARM的两轮自平衡车模型系统设计 指导教师：李锦明职称: 副教授 2015 年1 月30 日 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L3G4200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32位单片机Kinetis K60为控制核心，通过滤波算法实现车身控制，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。 关键词：两轮自平衡陀螺仪姿态检测卡尔曼滤波数据融合 目录 1 课程设计目的 (1) 2 设计内容和要求 (1) 2.1 设计要求 (1) 2.2 研究意义 (1) 2.3 研究内容 (2) 3 设计方案及实现情况 (2) 3.1 两轮平衡车的平衡原理 (2) 3.2 系统方案设计 (3) 3.3 系统最终方案 (6) 3.4 系统软件设计 (9) 3.5 电路调试 (16) 4 课程设计总结 (18) 参考文献 (19) 附录 (20) 致谢 (21) 1 课程设计目的 （1）掌握嵌入式系统的一般设计方法和设计流程； （2）学习嵌入式系统设计，掌握相关IDE开发环境的使用方法； （3）掌握ARM的应用； （4）学习掌握嵌入式系设计的全过程； 2 设计内容和要求 2.1 设计要求 （1）学习掌握基于ARM Cortex-M4内核的Kinetis K60系列单片机的工作原理及应用；（2）学习掌握加速度计、陀螺仪的工作原理及应用； （3）设计基于PID控制的两轮自平衡车模型系统的工作原理图及PCB版图； 2.2 研究意义 近年来，随着电子技术的发展与进步，移动机器人的研究不断深入，成为目前科 学研究最活跃的领域之一，移动机器人的应用范围越来越广泛，面临的环境和任务也 越来越复杂，这就要求移动机器人必须能够适应一些复杂的环境和任务。比如，户外 移动机器人需要在凹凸不平的地面上行走，有时环境中能够允许机器人运行的地方比 较狭窄等。如何解决机器人在这些环境中运行的问题，逐渐成为研究者关心的问题[1]。 两轮自平衡机器人的概念正是在这样一个背景下提出来的，这种机器人区别于其 他移动机器人的最显著的特点是：采用了两轮共轴、各自独立驱动的工作方式(这种驱 动方式又被称为差分式驱动方式)，车身的重心位于车轮轴的上方，通过轮子的前后移 动来保持车身的平衡，并且还能够在直立平衡的情况下行驶。由于特殊的结构，其适 应地形变化能力强，运动灵活，可以胜任一些复杂环境里的工作。 两轮自平衡机器人自面世以来，一直受到世界各国机器人爱好者和研究者的关 注，这不仅是因为两轮自平衡机器人具有独特的外形和结构，更重要的是因为其自身 的本质不稳定性和非线性使它成为很好的验证控制理论和控制方法的平台，具有很高 的研究价值。 【机器人创意工作室教程一】WIFI智能小车机器人基本原理 [复制链接] liuv ikin g 管 理 员 做 中 国 人 自 己 的 W I F I 机 器 人 ！ 贡献 2 4 9 电梯直达 楼主 发表于 2012-5-13 11:58:55 |只看该作者|倒序浏览 分享到：11 WIFI智能小车机器人是很多人童年时的梦想，就好比当年看着《小鬼当家》里面的那个视频遥控车一样，看着就激动！ 然而对于大部分初学者而言，本身并非电子专业，也不是计算机专业，可是却对WIFI/蓝牙控制的智 能小车机器人情有独钟，怎么办呢？对于一个专业不对的人来说，确实是隔行如隔山，但是没有关系，从今天起，WIFI机器人网·机器人创意工作室不间断地推出一系列教程，手把手教你如何DIY一个属 于自己的智能小车机器人。 鉴于蓝牙智能车和WIFI智能车其实很类似的，只是把WIFI模块换成了蓝牙模块，所以蓝牙车就不再 详细阐述了，弄明白了WIFI车，蓝牙车也一样的。 OK，进入正题，机器人创意工作室教程第一讲《WIFI智能小车机器人基本原理》 我们的这款WIFI智能小车机器人采用的路由器+PC或者手机、网页控制方式。其基本原理分为4大块： 1、把普通的无线路由器通过刷入开源的Openwrt系统，使之成为一个运行了Linux系统的小电脑，何 为Openwrt? 请看： 什么是OpenWRT? 1. 关于 OpenWrt 当Linksys 释放 WRT54G/GS 的源码后，网上出现了很多 不同版本的 Firmware 去增强原有的功能。大多数的 Firmware 都是99%使用 Linksys的源码，只有 1%是加上去的，每一种 Firmware 都是针对特定的市场而设计，这样做有2个缺点，第一个是难以集 合各版本Firmware的长处，第二个是这版本距离 Linux 正式发行版越来越远。OpenWrt 选择了另一 条路，它从零开始，一点一点的把各软件加入去，使其接近 Linksys 版 Firmware的功能，而OpenWrt 的成功之处是它的文件系统是可写的，开发者无需在每一次修改后重新编译，令它更像一个小型的 Linux 电脑系统，也加快了开发速度。 以上解释摘自百度百科。简而言之，就是从思科的路由源码改造过来的，一个适用于某些特定芯片的 路由器的小型Linux系统，有了这个系统，我们的路由就不再是上网那么简单了，我们可以在上面安 装各种程序、驱动，以路由为平台，用户可以自由地加载USB摄像头、网卡、声卡、等等设备。 我们的WIFI板上运行着一款程序，叫做mjpg-streamer，这个程序可以把USB摄像头的视频进行编码，然后通过WIFI返回给上位机，这样，我们就可以看到来自机器人的视频了。 同时路由一般都预留有TTL串口，TTL串口是用来调试或者刷机用的，我们把这个TTL串口引出来， 然后通过安装在路由里面的Ser2net软件，就能把来自WIFI信道的指令转到串口输出，而串口在这里 的作用就是与单片机芯片MCU通信，让单片机知道用户要让他做什么动作。关于TTL的介绍，请看后 文。 WIFI(路由)模块： . 本科毕业设计（论文）题目：倒退行走式智能车速度控制算法设计 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部容。 作者签名：日期： 学位论文原创性声明 本人重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日 基于单片机的WIFI智能小车设计 摘要 WIFI智能小车由电机、小车车体、89C52控制芯片、WIFI收发模块、电机驱动、舵机、电源、摄像头等主要部件以及灯光、蜂鸣器、电平转换等辅助模块构成。WIFI智能小车利用笔记本或手机等能连接无线路由器的终端智能设备连接到路由器，通过应用软件显示路由器上摄像头上采集到的视频信号，再通过这些智能的终端设备发送控制指令到无线路由器，通过无线路由器将指令传送给单片机进行处理。然后通过单片机控制电机驱动驱动电机转动、舵机转动，从而实现控制小车的运动及视频采集。 关键词：路由器；wifi；智能小车；89C52 Abstract The intelligent WIFI car involved a motor, a body, the 89C52 control chip, a WIFI transfer module, motor drivers, a power supply, lights, a buzzer and a voltage converter. The intelligent WIFI car can use an intelligent terminal (such as a laptop or a mobile phone) to connect with the router and use application software to display the video signal collected by the camera, then the intelligent terminal will send control commands which can be processed by the MCU though the routers. The MCU will control the turning of motors and realize the moving of the car and the video collection. Keywords：Router；WIFI；intelligent car；89C52 双轮自平衡车设计报告 学院………….......... 班级…………………… 姓名………………..手机号…………………..姓名………………..手机号…………………..姓名………………..手机号………………….. 目录 一、双轮自平衡车原理 二、总体方案 三、电路和程序设计 四、算法分析及参数确定过程 一.双轮自平衡车原理 1.控制小车平衡的直观经验来自于人们日常生活经验。一般的人通过简单练习就可以让一个直木棒在手 指尖上保持直立。这需要两个条件：一个是托着木棒的手掌可以移动；另一个是眼睛可以观察到木棒的倾斜角度和倾斜趋势（角速度）。通过手掌移动抵消木棒的倾斜角度和趋势，从而保持木棒的直立。这两个条 件缺一不可，让木棒保持平衡的过程实际上就是控制中的负反馈控制。 图1 木棒控制原理图 2.小车的平衡和上面保持木棒平衡相比，要简单一些。因为小车是在一维上面保持平衡的，理想状态下，小车只需沿着轮胎方向前后移动保持平衡即可。 图2 平衡小车的三种状态 3.根据图2所示的平衡小车的三种状态，我们把小车偏离平衡位置的角度作为偏差；我们的目标是通过 负反馈控制，让这个偏差接近于零。用比较通俗的话描述就是：小车往前倾时车轮要往前运动，小车往后倾时车轮要往后运动，让小车保持平衡。 4.下面我们分析一下单摆模型，如图4所示。在重力作用下，单摆受到和角度成正比，运动方向相反的回复力。而且在空气中运动的单摆，由于受到空气的阻尼力，单摆最终会停止在垂直平衡位置。空气的阻尼力与单摆运动速度成正比，方向相反。 图4 单摆及其运动曲线 类比到我们的平衡小车，为了让小车能静止在平衡位置附近，我们不仅需要在电机上施加和倾角成正比的回复力，还需要增加和角速度成正比的阻尼力，阻尼力与运动方向相反。 5 平衡小车直立控制原理图 5.根据上面的分析，我们还可以总结得到一些调试的技巧：比例控制是引入了回复力；微分控制是引入了阻尼力，微分系数与转动惯量有关。 在小车质量一定的情况下，重心位置增高，因为需要的回复力减小，所以比例控制系数下降；转动惯量变大，所以微分控制系数增大。在小车重心位置一定的情况下，质量增大，因为需要的回复力增大，比例控制系数增大；转动惯量变大，所以微分控制系数增大。 二.总体方案 ■小车总框图 读书报告：平衡车的原理及功能实现方法 载人平衡车是一种靠电能提供能源，能够载人直立平衡行走的交通工具。随着社会的发展，公共交通的拥堵也成为普片现象，越来越受到人们的关注。载人平衡车由于其体积小巧轻便，适用能力强，能够有效缓解交通压力。 两轮自平衡车是当今机器人研究领域的一个重要分支,它涵盖了电子、机械、自动控制与信号处理等多个学科。其结构类似于倒立摆,具有非线性、强耦合的特性。由电源、电动机构成其原动机模块；由机构件轮、轴构成其机械传动机模块；由控制芯片、陀螺仪构成其信息机模块。 平衡车模块简图 一．原动机模块 2个直流电动机安装在车体平台下面，驱动电机的H桥由4个N沟道功率MOS管AUIRFB4410组成[5j。采用IR公司的IR2184作为MOS的栅极驱动器,IR2184是一种双通道、高速高压型功率开关器件，具有自举浮动电源。在自举上作模式下，对自举电容和自举_极管的要求都较高。自举电容的耐压值仅为VCC的电压，但其容量由下列因素决定:驱动器电路的静态电流、电平转换器电流、MOSFET的栅源正向漏电流、MOSFET的栅极电容的大小、自举电容的漏电流的大小、以及上作的频率。 为了减少自举电容的漏电流，应尽量采用非电解电容，本系统中采用陶瓷电容。自举_极管必须能够承受干线上电压的反压，当开关频率较低时，要求电容保持电荷较民时间，一极管的高温反向漏电流尽量小。同样为了减少自举电容反馈进电源的电荷数量，_极管应选用超快恢复_极管。在本系统中自举_极管采用了快恢复一极管FR307，自举电容采用1 uF的陶瓷电容，完全满足本系统的需要。驱动电路中在栅极也串联了一个10 S2的小电阻，虽然这个电阻会影响一定的MOS开启速度，但可以减少栅极出现的振铃现象，减少EMI;为了加快MOS 管的关断速度，在设计电机驱动电路时在栅极电阻上反向并联了一个_极管;另外在栅极对地接了一个lOK的下拉电阻，这个电阻可以防比MOSFET被击穿;最后在电机的输出端对电源和地接了4个TVS管，一方而可以续流，另外还可以 ************************************************************************ 简单寻迹程序：接法 EN1 EN2 PWM 输入端，本程序不输入PWM ，直接使插上跳线帽，使能输出，这样 就能全速运行 接上测速模块 测速模块电源+5V GND 取自于单片机板靠近液晶调节对比度的电源输出接口把测速模块输出OUT1 OUT2 接入单片机P3。 2 P3。3 时左上电机正转左上电机接P1_0 P1_1 接IN1 IN2 当P1_0=1,P1_1=0; 驱动板子输出端（蓝色端 OUT1 OUT2 ) 子 P1_0 P1_1 接IN1 IN2 当P1_0=0,P1_1=1; 时左上电机反转 P1_0 P1_1 接IN1 IN2 当P1_0=0,P1_1=0; 时左上电机停转 时左下电机正转左下电机接P1_2 P1_3 接IN3 IN4 当P1_2=1,P1_3=0; 驱动板子输出端（蓝色端 OUT3 OUT4 ) 子 P1_2 P1_3 接IN3 IN4 当P1_2=0,P1_3=1; 时左下电机反转 P1_2 P1_3 接IN3 IN4 当P1_2=0,P1_3=0; 时左下电机停转 时右上电机正转右上电机接P1_4 P1_5 接IN5 IN6 当P1_4=1,P1_5=0; 驱动板子输出端（蓝色端 子OUT5 OUT6 ) P1_4 P1_5 接IN5 IN6 当P1_4=0,P1_5=0; 时右上电机停转 时右下电机正转右下电机接P1_6 P1_7 接IN7 IN8 当P1_6=1,P1_7=0; 驱动板子输出端（蓝色端 OUT7 OUT8 ) 子 P1_6 P1_7 接IN7 IN8 当P1_6=0,P1_7=1; 时右下电机反转 P1_6 P1_7 接IN7 IN8 当P1_6=0,P1_7=0; 时右下电机停转 P3_2 接四路寻迹模块接口第一路输出信号即中控板上面标记为OUT1 P3_3 接四路寻迹模块接口第二路输出信号即中控板上面标记为OUT2 P3_4 接四路寻迹模块接口第三路输出信号即中控板上面标记为OUT3 P3_5 接四路寻迹模块接口第四路输出信号即中控板上面标记为OUT4 四路寻迹传感器有信号（白线）为0 没有信号（黑线）为 1 四路寻迹传感器电源+5V GND 取自于单片机板靠近液晶调节对比度的电源输出接口 关于单片机电源：本店驱动模块内带LDO 稳压芯片，当电池输入6V 时时候可以输出稳定的5V 分别在针脚标+5 与GND 。这个输出电源可以作为单片机系统的供电电源。 ****************************************************************************/ #include智能wifi小车源程序
5.智能小车-按键控制小车的启动
智能小车速度控制程序
基于Arduino单片机控制的WiFi智能小车
智能小车控制系统设计
智能车控制算法
智能车速度控制pid(电机闭环控制算法)
WIFI智能小车机器人
大学毕业设计---基于arm的两轮自平衡车模型系统设计课程
智能小车控制基本原理
倒退行走式智能车速度控制算法设计本科设计说明
基于单片机的WIFI智能小车设计
双轮自平衡车设计报告
读书报告：平衡车的原理及功能实现方法
智能小车速度控制程序