EEPW论坛

作者：宿州学院机械与电子工程学院 向若杰 尤清春 叶芳
指导教师：郝保明 汪材印

　　作品简介

　　近年来，两轮自平衡电动车以其行走灵活、便利、节能等特点得到了很大的发展。国内外有很多这方面的研究，也有相应的产品。　　

　　本次参赛作品车模及控制台　　

　　结构，功能，使用说明：

　　一、主控模块
　　1、小车主控模块主要由稳压模块、isp下载口、无线模块、加速度传感器、陀螺仪、74ls04s施密特触发器、电源指示灯组成。其中主控芯片的主要功能是采集加速度传感器、陀螺仪、光电编码器、以及无线模块的数据进行运算，然后进行反馈。不仅是主要的数据运算中心又是控制中心。如图：　　

　　2、控制模块主要由15系列单片机开发板、彩色电容屏、体感控制模块构成。主要功能是采集体感控制模块数据进行计算通过彩屏显示X、Y轴数据。并通过无线发射模块控制小车运动。如下图：
　　附：由于本次比赛必须使用规定的开发板，因此原本手握式体感控制器，现在只能使用双手控制。　　

　　二、电机驱动及光电码盘
　　电机驱动采用L298N驱动芯片，独立5V电压源供电。可同时驱动两个电机正反转。调速采用快速PWM调制。
　　本次参赛所用码盘为90度切角互补码盘，不仅在测速的同时，还可以根据相位测出小车运动的方向。
　　如下图：　　

　　平台选型说明

　　本作品基于STC15F2K61S2芯片为控制核心的开发板加以扩展，添加彩屏显示模块，体感控制模块，无线收发模块。

　　设计说明

　　本作品分为两轮自平衡车和体感控制两个部分：
　　一、两轮自平衡车
　　1、设计原理
　　本作品采用MMA7361三轴加速度传感器和EWTS82陀螺仪，经卡尔曼滤波测出倾斜角度，经A/D转换后由主控执行PID算法计算出左右轮电机的PWM值。由安装在左右两个电机上的四对光电传感器以及两个90度切角光电码盘测出小车行驶速度以及行驶方向，即：当小车向某个方向倾斜时，就向此方向加速，使小车纠正到平衡状态。通过调整小车左右轮速差即可调整小车行驶方向，通过给小车预置前后倾角即可实现小车前后移动。算法如下：
　　PWM =
　　K_angle*angle *K_angle_AD+
　　K_angle_dot*angle_dot *K_angle_dot_AD +
　　K_position*position *K_position_AD +
　　K_position_dot*position_dot_filter*K_position_dot_AD;
　　2、原理图　　

　　4、设计方案　　

　　二、体感控制
　　1、设计原理
　　体感控制部分是由MMA7361加速度传感器以及EWTS82陀螺在给定的15系列单片机开发板的基础上经卡尔曼滤波后得出X，Y轴方向的角度，控制小车运动。
　　2、使用说明
　　体感控制就是通过身体的倾斜方向来控制小车运动模式。
　　向前倾斜—小车前进
　　向后倾斜—小车后退
　　向左倾斜—左转弯
　　向右倾斜—右转弯
　　只需打开电源，无需调试，即可使用。
　　3、由于主控台是在给定的单片机开发板的基础上设计，因此无需再制作PCB板。同样这一原因也导致主控台显得很笨重。

　　作品特色

　　目前对于固定的机械臂的研究较为成熟,而对于具有移动平台的智能移动机器人的研究却甚少,两轮自平衡小车是移动机器人研究中的一个重要领域。两轮自平衡机器人两轮共轴、独立驱动、车身中心位于车轮轴上方, 通过运动保持平衡, 可直立行走。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。另一方面, 从研究意义上看,自平衡小车系统是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合复杂非线性系统。
　　本设计是通过体感控制以达到通过身体行为控制小车运行，改变以往的通过手扶控制。以达到更加自然地使用这一代步工具。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2772