红外遥控两轮自平衡小车设计.doc

毕业论文(设计) 题 目 红外遥控两轮自平衡小车设计 目 录 TOC \o 1-3 \h \z \u 1 绪论 1 1.1 课题设计的背景 1 1.2 课题设计的意义 1 1.3 两轮自平衡小车国内外现状 1 1.4 单片机简介 2 1.5 PID算法简介 3 2 总体设计方案 4 2.1 实现功能 4 2.2 整体设计思路 4 2.3 系统结构设计 6 3 主要原件介绍 7 3.1 MSP430单片机 7 3.1.1 MSP430F149单片机 8 3.2.2 MSP430F149单片机最小系统 9 3.2 MPU6050芯片 10 3.3 L298N电机驱动芯片 11 4 硬件设计和系统软件设计 13 4.1 硬件设计 13 4.1.1 单片机核心模块 13 4.1.2 陀螺加速度计MPU6050 14 4.1.3 HS0038B红外线接收头 15 4.1.4 L298N驱动模块 16 4.1.5 光电传感测速 17 4.2 系统软件设计 17 4.2.1 主程序设计 17 4.2.2 红外线接收程序 18 4.2.3 卡尔曼滤波算法 19 4.2.4 MPU6050模块 20 4.2.5 自平衡PID控制算法 22 5 实物展示 23 6 设计总结 24 参考文献 25 致谢 26 红外遥控两轮自平衡小车设计 徐佳 南京信息工程大学信息与控制学院，江苏 南京 210044 摘要：本次设计包含了单片机主控模块、陀螺加速计模块、光电传感测速模块、驱动模块、红外线接收模块等，设计采用MPS430单片机作为核心，使用GY-52陀螺仪来测量倾角和角加速度，用卡尔曼滤波和PID算法来对得到的数据进行分析处理，并且调节好小车的动态平衡，使得小车在前进和后退的同时按照接收到的红外信号来保持平衡。 关键词：MSP430单片机；红外线；PID算法；三轴陀螺仪；卡尔曼滤波 Infrared remote control self-balancing robot design Xu jia School of Information and Control, NUIST, Nanjing 210044, China Abstract:The design includes a single-chip control module, gyro accelerometer module, optical sensing speed module, driver module, infrared receiver modules, designed with MPS430 microcontroller as the core, using GY-52 gyroscope to measure the angle and angular, with Kalman filtering and PID algorithms to analyze and process the data obtained, and regulate the dynamic balance of the car, so the car in forward and backward at the same time according to the received infrared signal to maintain balance. Keywords: MSP430 MCU; infrared; PID algorithm; triaxial gyroscope; Kalman filter. 1 绪论 1.1 课题设计的背景 近年来，两轮自平衡小车方面的研究发展迅速，成为比较热门的研究领域之一。由于目前社会发展迅速，所以现在要求智能小车能够达到的要求更多，能够在复杂的环境中很好的适应，更加出色的完成各项任务。比如： 循迹小车是按照事先所画的路线朝前行进； 户外小车要能够在凹凸不平的路面很好的前进； 避障小车则能够很好的避开一切阻挡行进的障碍。 但是有时候环境中的阻碍不可预料，如何很好的预测以及解决这些问题，是目前研究者们需要思考并且解决的问题。 1.2 课题设计的意义 本论文所研究的课题是红外两轮自平衡小车，该课题的研究是机器人小车领域的一个向外的延伸，而且移动小车的研究和发展也同样代表了许多领域技术的同步发展，其中涉及了计算机技术，软件技术，微电子技术等很多相关领域，毫不夸张的说甚至可以代表一个国家的综合实力。 红外遥