單片機(jī)設(shè)計控制平衡小車過程材料

1、本科畢業(yè)論文（設(shè)計）過程材料目錄序號過程材料名稱備注1本科畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書2本科畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告3本科畢業(yè)論文（設(shè)計）中期檢查表4本科畢業(yè)論文（設(shè)計）指導(dǎo)教師評審表5本科畢業(yè)論文（設(shè)計）評閱教師評審表6本科畢業(yè)論文（設(shè)計）答辯記錄表7本科畢業(yè)論文（設(shè)計）成績鑒定表8本科畢業(yè)論文（設(shè)計）二次答辯記錄表一、本科畢業(yè)論文(設(shè)計)任務(wù)書1 .要求完成的主要任務(wù)及達(dá)到的目標(biāo)本課題是單片機(jī)設(shè)計控制的兩輪平衡小車。其要完成的主要任務(wù)及所要達(dá)到的目標(biāo)為：主要任務(wù)：(1)了解兩輪平衡小車的設(shè)計要求及其工作原理和圖像采集的工作原理及處理分析過程；(2)設(shè)計基于stm32單片機(jī)控制兩輪車直立的方案，通

2、過攝像頭能檢測出手指信息信號，兩輪直立車能根據(jù)手勢信息進(jìn)行相應(yīng)的運動；(3)設(shè)計硬件電路，并繪制電路圖和硬件電路的焊接與調(diào)試；(4)完成該系統(tǒng)的軟件設(shè)計，編寫程序。要求達(dá)到的目標(biāo)：了解兩輪平衡小車的設(shè)計的工作原理，掌握單片機(jī)控制兩輪車直立的方案和思路。熟練運用單片機(jī)編程軟件進(jìn)行編程調(diào)試，熟練運用protel或AltiumDesign繪制硬件電路圖；解決數(shù)字圖像處理及手指信息分析的軟件編程算法實現(xiàn)。2 .工作進(jìn)度要求(1) 2014/12/1-2014/12/30查閱相關(guān)資料，完成任務(wù)書以及開題報告的撰寫；(2) 2014/12/31-2015/4/30查閱、收集資料，開展理論和實驗研究，撰寫畢

3、業(yè)論文；(3) 2015/5/1-2015/5/20修改、完善畢業(yè)論文，并將定稿后的論文按照統(tǒng)一格式打印。指導(dǎo)教師(簽名)：年月日二、本科畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告1 .研究（設(shè)計）目的意義及國內(nèi)外研究狀況和應(yīng)用前景（附參考文獻(xiàn)）：課題研究的目的意義：指控自平衡直立車是由主、副兩個單片機(jī)控制；主單片機(jī)一通過采集固定在車體上的姿態(tài)傳感器信息，經(jīng)過卡爾曼濾波器得到準(zhǔn)確的車體姿態(tài)信息，再通過PID控制器計算輸出控制信號，控制信號經(jīng)過電機(jī)驅(qū)動驅(qū)動電機(jī)正反轉(zhuǎn)，維持車體平衡；二通過藍(lán)牙串口接收副單片機(jī)發(fā)送的控制信號，疊加至PID控制器輸出控制信號，從而控制小車前、后、左、右、停運動狀態(tài)的改變；副單片機(jī)一通過

4、攝像頭采集手指圖片，分析出手指信息，通過藍(lán)牙串口發(fā)送至主單片機(jī)進(jìn)行車體運行狀態(tài)控制。手指圖像信息通過無線藍(lán)牙控制平衡車是一個創(chuàng)新。改變了以往通過按鍵或搖桿控制，手指圖像是非接觸隔空控制。與按鍵或搖桿控制之相比用手指圖像控制更靈活多變。國內(nèi)外研究狀況：在小車自平衡方面，國外瑞士聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)電子實驗室的研究人員在2002年研制基于DSP芯片控制的機(jī)器人。車體依靠兩輪支持，兩輪獨立驅(qū)動，它能穩(wěn)定地做U型回轉(zhuǎn)。最大運動速度可達(dá)1.5m/s,設(shè)計者的控制策略是基于狀態(tài)反饋的線性控制，采用解耦狀態(tài)空間控制器來使系統(tǒng)保持平衡；美國Segway公司研制的SegwayHT,由陀螺儀組、傾角傳感器、嵌入式計算機(jī)和

5、電機(jī)構(gòu)成其控制系統(tǒng)，平衡時每秒10ms檢測駕駛者重心位置一次，車速完全由駕駛者重心位置決定，能在濕漉地面和雨雪天氣時使用。國內(nèi)安電子科技大學(xué)研究出了自平衡兩輪智能車，它是一種兩輪式左右并行布置結(jié)構(gòu)的自平衡系統(tǒng)。它利用伺服放大器ADS作為控制器，選擇兩個Maxson電機(jī)作為執(zhí)行元件，采用自適應(yīng)神經(jīng)模糊控制器對小車進(jìn)行控制，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的自平衡；哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的智能小車采用DSP作為控制核心，車體傾斜角度檢測采用加速度傳感器，利用PW峨術(shù)動態(tài)控制兩臺直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使用了一套相應(yīng)的軟件算法，實現(xiàn)了妨礙系統(tǒng)的平衡控制；中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制出了兩輪自平衡代步電動車，它是一種兩輪式左右并行布置結(jié)構(gòu)的

6、巨頭自平衡系統(tǒng)的電動車。在車體內(nèi)嵌入式CPU的控制下，采集平衡傳感器以及速度、加速度傳感器的數(shù)據(jù)，通過一定的控制算法，計算輸出PWM言號控制兩個伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，使車體保持平衡并能夠根據(jù)人體重心的偏移，自動前進(jìn)、后退及轉(zhuǎn)彎。在手勢檢測識別方面，國外富士通實驗室在1991年對46個手勢符號進(jìn)行研究，并實現(xiàn)了識別目標(biāo)；J.Davis使用具有高亮標(biāo)記的視覺手套的手勢作為系統(tǒng)參數(shù)輸入，實現(xiàn)了識別7種手勢；Starner等人在對美國手勢中帶有詞匯的40個詞匯隨機(jī)組成的短句子進(jìn)行識別，最后識別率達(dá)到99.2%。國內(nèi)哈爾濱工業(yè)大學(xué)的吳江琴、高文在發(fā)表的一篇論文中提到，他們選取Cyberglove型號數(shù)據(jù)手套作

7、為手語輸入設(shè)備，安彳氯中鴻電子科技有限公司專業(yè)胎壓監(jiān)測，采用動態(tài)高斯混合模型作為系統(tǒng)的識另技術(shù)，利用一個隨時間變化的具有M個分量的混合高斯N-元混合密度來模型化手勢，最后達(dá)到識別中國手語字典中的274個詞條，取得了令人滿意的識別率為98.2%應(yīng)用前景：手指圖像信息通過無線藍(lán)牙控制平衡車是一個創(chuàng)新，如果設(shè)計成功，在娛樂方面，智能電子玩具講給人帶來更多的樂趣。參考文獻(xiàn)：1譚浩強(qiáng).C語言程序設(shè)計M.北京清華大學(xué)出版社.1999.2程佩青.數(shù)字信號處理教程M.北京清華大學(xué)出版社.1999.3陳曾平.電路設(shè)計基礎(chǔ)M.北京高等教育出版社.2003.4張德豐主編.MATLAB數(shù)字圖彳處理M.北京：機(jī)械工業(yè)出

8、版社.2009.5劉同法.單片機(jī)外圍接口電路M.北京航空航天大學(xué)出版社.2003.6馮先成.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計M.北京北京航空航天大學(xué)出版社.1999.7王世英，趙有聲.給數(shù)字頻率計增加功能J.電子技術(shù).1980年11期.8肖洪兵.跟我學(xué)用單片機(jī)M.北京航空航天大學(xué)出版社.2002.8.9何立民.單片機(jī)高級教程第1版M.北京航空航天大學(xué)出版社.2001.10崔育禮.手勢識別若干關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用D.同濟(jì)大學(xué)軟件學(xué)院.2008.11劉圓圓.基于計算機(jī)視覺的手勢識別技術(shù)研究D.東北大學(xué).2006.12徐惠民，安德寧.單片微型計算機(jī)原理接口與應(yīng)用第1版M.北京郵電大學(xué)出版社.1996.13夏繼強(qiáng).單

9、片機(jī)實驗與實踐教程M.北京航空航天大學(xué)出版社,2001.14陳志旺.STM32嵌入式微控制器原理，應(yīng)用技術(shù).電子工業(yè)出版社,2012.15何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)大全.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,1994.16杜鐵軍，李群.流行單片機(jī)應(yīng)用子程序及應(yīng)用實例.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002.17邱光源等.電路基礎(chǔ)M.高等教育出版社1998.18何立民.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計.M北京：航天航空大學(xué)出版社,2004.19.胡漢才.單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計M.北京：清華大學(xué)出版社,2002.20王慶有.圖像傳感器應(yīng)用技術(shù)M.北京：電子工業(yè)出版社,2013.2 .主要內(nèi)容、研究方法和思路首先，選擇兩輪共軸

10、、獨立驅(qū)動、車身中心位于車輪軸上方的小車模型，通過檢測小車直立姿態(tài)來實時控制小車，使其始終保持直立平衡。然后，選擇合適的CD必像傳感器，實現(xiàn)檢測識別人的手指變化。最后，通過手指變化信號來控制小車的行走路線，使小車始終跟隨人的手指變化而變化。3 .總體安排和進(jìn)度(包括階段性工作內(nèi)容及完成日期)(1) 2015.01.01-2015.01.31復(fù)習(xí)單片機(jī)相關(guān)課程，并查閱收集相關(guān)資料。(2) 2015.02.01-2015.02.10確定研究方案，畫出框圖；(3) 2015.02.11-2015.02.28選擇器件，完成硬件設(shè)計，繪制硬件電路連接圖。(4) 2015.03.01-2015.03.20

11、軟件設(shè)計與系統(tǒng)調(diào)試。(5) 2015.03.2-2015.04.30征求指導(dǎo)老師意見，對方案存在的不足，進(jìn)行修改；撰寫畢業(yè)設(shè)計初稿。(6)2015.05.01-2015.05.10完善畢業(yè)設(shè)計，交給指導(dǎo)老師做進(jìn)一步修改。學(xué)生(簽名)：年月日指導(dǎo)教師意見指導(dǎo)教師（簽名）四、本科畢業(yè)論文（設(shè)計）指導(dǎo)教師評審表指導(dǎo)教師評審意見成績評定（百分制）指導(dǎo)教師（簽名）：年月日注：此表內(nèi)容應(yīng)為手寫體。五、本科畢業(yè)論文（設(shè)計）評閱教師評審表評閱教師評審意見成績評定評閱教師（簽名）：（百分制）年月日注：此表內(nèi)容應(yīng)為手寫體。六、本科畢業(yè)論文（設(shè)計）答辯記錄表答辯時間答辯地點學(xué)生姓名指導(dǎo)教師題目答辯小組成員簽字答辯中提出的主要問題