基于单片机两轮自平衡小车开题报告

两轮移动机器人平衡控制系统的研发的开题报告摘要：本文介绍了一种基于单片机嵌入式系统的两轮移动机器人平衡控制系统的设计和研发。

首先，分析了该系统的物理模型，并根据模型建立了控制模型。

其次，分别设计了控制器的硬件和软件实现，并且详细阐述了控制器的各个模块之间的交互过程。

最后，利用PID控制算法进行了仿真实验，并得到了良好的控制效果。

关键词：移动机器人、平衡控制、单片机、PID控制一、研究背景和意义随着科学技术的不断发展，移动机器人的应用越来越广泛。

移动机器人通常具有高机动性、灵活性和智能化等特点。

但是移动机器人的控制较为复杂，其中平衡控制是机器人运动控制中的关键问题之一。

因此，研究移动机器人平衡控制技术具有重要的理论和实际意义。

针对上述问题，本文研发了一种基于单片机嵌入式系统的两轮移动机器人平衡控制系统。

该系统具有优良的控制性能和实用性，可以为移动机器人的运动控制和应用提供技术支持和借鉴。

二、系统设计原理1. 系统物理模型分析该系统由两个直径相同的轮和一个控制一个转子构成（如图1所示）。

设机器人的角速度为ω，前轮中心到机器人中心的距离为l，转子的电流为u，转子的自旋角速度为ν，则系统的运动学模型可以描述为：ω=(vr-vl)/2lυ=(vr+vl)/2其中，vr和vl分别为右轮和左轮的线速度。

此外，根据机器人的运动学模型，可以得到机器人的控制模型：Mω+Kυ=μu其中，M为机器人的惯性矩，K为机器人的阻尼系数，μ为电机的转矩系数。

2. 系统控制器设计（1）硬件设计该系统的硬件控制器由传感器、执行器和单片机组成。

其中，传感器包括两个陀螺仪和一个加速度计，用于测量机器人的倾角和加速度；执行器为直流电机，用于控制机器人的运动。

单片机采用STM32F103C8T6型号，具有高性能、低功耗、强的存储和处理能力，可以满足该系统的控制要求。

（2）软件设计该系统的软件控制器采用C语言编写，分为两层：底层驱动程序和上层控制程序。

开题报告电气工程及其自动化基于单片机的自动往返小汽车的设计一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义随着汽车工业的迅速发展，其与电子信息产业的融合速度也显著提高，汽车开始向电子化、多媒体化和智能化方向发展，使其不仅作为一种代步工具、同时能具有交通、娱乐、办公和通讯等多种功能。

关于汽车的研究也就越来越受人关注。

全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究。

可见其研究意义很大。

本设计就是在这样的背景下提出的，为了适应机电一体化的发展在汽车智能化方向的发展要求，提出简易智能小车的构想，目的在于：通过独立设计并制作一辆具有简单智能化的简易小车，获得项目整体设计的能力，并掌握多通道多样化传感器综合控制的方法。

设计的智能电动小车应该能够具有自动寻迹、小灯显示等功能。

由于单片机教学例子有限，因此，单片机智能车能综合学生课堂上的知识来实践，使学习者更好的了解单片机的发展。

通过此次的单片机寻轨车制作，使学生从理论到实践，初步体会单片机项目的设计、制作、调试和成功完成项目的过程及困难，以此学会用理论联系实际。

通过对实践中出现的不足与学习来补充教学上的盲点。

智能汽车是一种高新技术密集的新型汽车，是在网络环境下利用信息技术、智能控制技术、自动控制、模式识别、传感器技术、汽车电子、电气、计算机和机械等多个学科的最新科技成果，使汽车具有自动识别行驶道路、自动驾驶等先进功能.随着控制技术、计算机技术和信息技术的发展,智能车在工业生产和日常生活中已经扮演了非常重要的角色.近年来，智能车在野外、道路、现代物流及柔性制造系统中都有广泛运用，已成为人工智能领域研究和发展的热点。

二、研究的基本内容。

智能寻迹小车采用后轮驱动，左右后轮各用一个直流减速电机驱动，通过调制后面两个轮子的转速从而达到控制转向的目的在车体前部分别装有左中右三或者两个红外反射式传感器，当小车左边的传感器检测到黑线时，说明小车车头向右边偏移，这时主控芯片控制左轮电机减速，车体向左边修正同理当小车的右边传感器检测到黑线时，主控芯片控制右轮电机减速，车体向右边修正当黑线在车体的中间，中间的传感器一直检测到黑线，这样小车就会沿着黑线一直行走。

论文题目：基于STM32单片机的两轮平衡车设计摘要本文主要讲述了如何使用微控制器STM32F103C8T6实现控制两个直流步进电机使平衡车能够达到平衡状态且可用手机蓝牙遥控。

本文首先对毕业设计进行方案的论证和选择。

本设计选择了ST公司的STM32F1系列单片机作主控MCU，采用编码直流无刷步进电机，TB6612FNG芯片作步进电机驱动，姿态传感器MPU6050作陀螺仪，0.96寸OLED液晶屏作显示屏，蓝牙模块作为特殊的通信串口与手机APP进行通信，锂电池电源在直流稳压后提供各个模块的所需的工作电压，使平衡车能够直立平衡。

然后本文介绍了STM32和系统的硬件电路设计方案，对直流稳压电路、姿态传感器、步进电机、OLED屏显示电路、驱动电路设计进行分析介绍，对STM32系统的设计流程、卡尔曼滤波算法及PID算法（步进电机控制算法）的原理和实现进行详细的说明，进行上位机程序的调试和工作的逻辑进行讲解。

最后本文讲述了毕业设计的机械安装与整机性能测试部分。

本设计在机械安装全部完成后，对上位机和通电后实际情况进行性能测试，通过观察数据和现象来判断平衡车系统的性能效果，在不同状态和场合下测试平衡车的抗干扰以及运动能力。

关键词：STM32，平衡，步进电机，互补滤波，PIDAbstractThis paper mainly describes how to use the microcontroller STM32F103C8T6 to realize the control of two dc stepper motors so that the balance car can reach the balance state and the bluetooth remote control of mobile phones.This article first carries on the demonstration and the choice to the graduation project project. This design chose the ST's STM32F1 series single chip microcomputer as main control MCU, using encoding brushless dc stepper motor, TB6612FNG chip for step motor drive, position sensors MPU6050 gyroscope, 0.96 inch OLED display LCD screen, bluetooth module as a special communication serial communication with the phone APP, lithium battery power after the dc voltage to provide various modules of the working voltage, you need to make balance of the car can upright balance.Then this paper introduces the STM32 and system design of hardware circuit, the dc voltage circuit, posture sensor, stepper motor, OLED display circuit, drive circuit design analysis is introduced, design process of the STM32 system, kalman filtering algorithm and PID algorithm (stepper motor control algorithm) of detail, the principle and implement of PC logic of the program debugging and work.Finally, this paper describes the graduation design of mechanical installation and machine performance testing part. After the mechanical installation is completed, the design tests the performance of the upper computer and the actual situation after electrification, judges the performance effect of the balance car system by observing data and phenomena, and tests the anti-interference and movement ability of the balance car in different states and occasions.Key words:STM32, Balance, Stepper motor, Complementary filter, PI目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第一章绪论 (1)1.1平衡技术的发展 (1)1.2 设计意义和应用背景 (1)1.2.1设计意义 (1)1.2.2 应用背景 (2)1.3主要工作及结构安排 (2)第二章系统方案设计 (3)2.1平衡原理 (3)2.2平衡小车的性能要求 (4)2.3系统总体设计框图 (4)2.4系统方案论证及选型 (5)2.4.1主控芯片MCU的选型 (5)2.4.2直流步进电机的选型 (5)2.4.3电机驱动的选型 (5)2.4.4解姿态算法的选型 (6)2.5本章小结 (6)第三章系统硬件设计 (7)3.1 STM32C8T6的核心板 (7)3.1.1 STM32最小系统 (8)3.1.2启动模式BOOT[1:0] (9)3.1.3 USB转TTL电路 (9)3.1.4 SWD接口 (11)3.2直流稳压电路 ....................................................................................... 错误!未定义书签。

毕业设计(论文) 开题报告设计（论文）题目：基于单片机的智能小车学院名称：电子与信息工程学院专业：电子与信息工程班级：电信092班姓名：杨介派学号09401180228 指导教师：胡劲松职称教授定稿日期：2013 年1 月26 日基于单片机的智能小车1.课题研究背景和意义智能化作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作，无需人为管理，便可以完成预期所要达到的或是更高的目标。

它集中地运用了计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。

智能车辆是目前世界车辆工程领域研究的热点和汽车工业增长的新动向。

随着企业生产技术的不断提高以及对自动化技术要求的不断加深，智能车辆已在许多工业部门获得了广泛的应用。

无论是从科学发展、理论研究的角度，还是从汽车工业发展以及市场竞争的角度看，对智能车辆的研究都是必要的。

而智能小车的研究及相关产品开发也将有利于我国在此领域技术发展与进步。

因此，研制一种智能，高效的智能小车控制系统具有重要的实际意义和科学理论价值。

2.国内外研究现状及发展趋势2.1 国外智能车辆的现状研究国外智能车辆的研究历史较长，始于上世纪50年代，它的发展历程大致可以分为三个阶段：第一阶段：20世纪50年代是智能车辆研究的初始阶段。

1954年美国Barrett Electronic 公司研究开发出了世界上第一台自主引导车系统，该系统只是一个运行在固定路线上的拖车式运货平台，但它却具有了智能车辆最基本的特征即无人驾驶。

第二阶段：从80年代中后期，世界主要发达国家对智能车辆开展可卓有成就的研究，在欧洲，普罗米修斯项目于1986年开始了在这个领域的探索，在美洲，美国于1995年成立了国家自动高速公路系统联盟，其目标之一就是研究发展智能车辆的可行性，并促进智能车辆技术进入实用化。

第三阶段：从90年代开始，智能车辆进入了深入、系统、大规模的研究阶段。

TECHNOLLGY APPLICATION基于单片机的智能两轮自平衡车的设计■■沈阳工学院：赵一澎■■唱红■■夏靖坤■何金■刘莹1.■引言如今移动机器人面临的环境和任务越来越繁杂，在这种情况下，就需要移动机器人必须能够适应一些复杂的环境和危险的任务。

因此开展对两轮自平衡小车的研究，这项研究在该领域的科研水平具有很重要的现实意义。

1.1 两轮自平衡小车的研究意义在面临一些复杂环境和艰巨的任务时，移动机器人通常会碰到一些狭隘的危险工作，在面对这样如此艰难的环境，研究者们针对移动机器人如何灵活快捷的执行任务的问题进行了深度的研究。

正是在这样一个背景下两轮自平衡小车的概念被提出来。

两轮自平衡小车的优点在于可以适应复杂的环境和控制任务，可以保持车身的平衡，在安防或者军事上会有更广阔的应用前景。

1.2 两轮自平衡小车的技术1.2.1 数学建模建立系统的模型，建立的重点在于动力学方面，两轮自平衡小车的结构主要由车身和双轮子两部分构成。

对两轮自平衡小车的建模方法，采用经典的力学方法，对小车进行受力分析，可分为车轮模型和车身模型两部分，最后通过对两者的稳定型和能观性的分析判断出系统的最优状态方程。

1.2.2 姿态检测两轮自平衡小车通过检测小车的姿态来对小车进行控制。

加速度计和陀螺仪等惯性传感器可以实时、准确的检测两轮自平衡车的倾角。

因此，采用陀螺仪和加速度两个传感器相结合，通过融合的算法对于两轮自平衡小车来说是实现有效控制的关键所在。

1.2.3 控制算法控制技术是运动控制的核心，两轮自平衡车属于本质不稳定系统，利用传统的PID技术进行可行性分析，传感器将车体的运动速度和倾角等信息传递给系统控制器，是车轮转速与角度值保持一致，系统控制器将最终命令传递给电机驱动器来完成系统的闭环控制。

2.■系统概述两轮自平衡小车的组成很简单，保持小车平衡和运动都是通过控制两个车轮完成的。

在未对系统进行控制时，小车处于静止的状态，此时的车身的状态可能会出现前倾或后倾。

高等教育自学考试本科毕业论文开题报告
论文题目：基于单片机的两轮自平衡小车的系统设计
考生姓名：准考证号：
专业层次：本科院（系）：机械与动力程学院指导教师：职称：
重庆科技学院
二O一四年一月六日
图1。

1Nbot 图1.2JOE机器人国内方面：我国在两轮自平衡机器人方面的研究也取得了一定的成就，西安电子科技大学研究出了自平衡两轮机器人，它是一种两轮式左右并行布置结构的自平衡系统。

它利用伺服放大器ADS作为控制器，选择两个Maxson电机作为执行元件，采用自适应神经模糊控制器对小车这一非线性对象进行大范围控制，从而实现系统的自平衡；哈尔滨工业大学也有类似的双轮直立自平衡机器人，该系统采用DSP作为控制核心。

车体倾斜角度检测采用加速度传感器和陀螺仪。

利用PWM技术动态控制两台直流电机的转速。

基于这些完备而可靠的硬件设计，使用了一套独特的软件算法，实现了该系统的平衡控
制。

两轮自平衡载具的设计的开题报告设计主题：两轮自平衡载具的设计研究背景和意义：近年来，随着科技的不断发展和人们生活水平的提高，人们对于出行方式和工具的需求也在不断变化。

由于城市化进程的加速，城市内部交通拥堵的问题也日益突出，因此寻找新型出行方式成为了人们关注的焦点。

两轮自平衡载具作为一种新型出行工具，因其小巧、轻便、灵活等特点，成为了现代都市中的时尚出行方式。

该专题旨在研究两轮自平衡载具的设计，希望通过对其设计理论、操作原理、结构特点、电动机驱动系统等多个方面的研究，进一步了解其基本原理和制作方法，为日后实际生产中提供有益的指导。

研究内容和方案：1.两轮自平衡载具的基本原理和设计理论；2.两轮自平衡载具操作原理的研究；3.两轮自平衡载具结构特点的分析和研究；4.两轮自平衡载具驱动系统的设计研究。

研究方法：1.文献资料法：对两轮自平衡载具的相关理论和制作方法进行系统性梳理和分析；2.对比研究法：将不同型号或不同品牌的两轮自平衡载具进行对比研究，找出其优缺点和改进空间；3.仿真模拟法：利用仿真软件对两轮自平衡载具的设计进行模拟和实验，找出其最优解决方案。

预期目标和成果：1.深入阐述两轮自平衡载具的设计理论和基本原理；2.详细介绍两轮自平衡载具结构特点及其优缺点；3.分析两轮自平衡载具怎样通过电动机驱动系统来实现平衡；4.提出改善和创新方案，希望能够更好的满足市场需求。

参考文献：1.程颂.两轮平衡车的综合设计[D].河南科技大学,2015.2.谢建平.两轮平衡车驱动系统设计[D].长春理工大学,2009.3.赵美玲,李晓光.三种马达驱动下的两轮平衡车运动控制比较[J].计算机仿真,2018(4): 176-180.4.郭金花.两轮自平衡车结构设计及完善应用[J].科技资讯,2017(1): 109-110.。

Harbin University Of Science And Technology科研训练开题报告两轮自平衡车系统设计学校：哈尔滨理工大学学院：自动化学院专业：电子信息科学与技术班级：电技11-1姓名：邓敏学号：1112020103日期：2014.12.08三、研究方案、技术路线3.1 小车动态平衡的基本原理如下图一所示：图一动态平衡原理图两轮自平衡机器人系统是一个复杂的机电系统，设计两轮自平衡机器人需要设计其机械系统、电系统及软件。

而电系统是包括控制处理器、传感器、执行机构和电源的一个复杂系统。

软件设计需设计机器人的工作流程。

因此要设计一个完整的两轮自平衡机器人系统就需要对这些部分分别进行设计并整合，才能完成两轮自平衡机器人系统的设计。

3.2 两轮自平衡机器人机械系统设计两轮自平衡机器人结构上最显著的特点在于其只有两个轮子，而且这两个轮子要同轴安装分别驱动。

当然，一个完整的两轮自平衡机器人还包括控制处理器、传感器、执行机构、电源等期间。

如何将这些系统部件合理地安装在一起，需要机械结构系统的设计。

这部分的设计由具体安装时根据不同模块的轻重来安排设计，总体上让小车承受的重力基本平衡即可。

3.3 两轮自平衡机器人电系统设计两轮自平衡小车要完成其自平衡的功能，首先需要有其感知器官，感知自身的姿态，例如，倾角、倾角速度等，得到这些信息需要选择一些合适的传感器。

而传感器检测到的信号，需要一个数字处理中心来接收处理，才能成为有用的信息。

因此还需要选择一个嵌入式的处理器。

在嵌入式处理器中，不仅仅要处理来自传感器的信息，还要对这些信息综合分析得出维持机器人平衡的需要采取的措。

沈阳工业大学信息科学与工程学院第五届创新杯大学生电子设计竞赛双轮自平衡小车摘要:本作品采用STM32单片机作为主控制器，用一个陀螺仪传感器来检测车的状态，通过TB6612控制小车两个电机，来使小车保持平衡状态，通过手机蓝牙与小车上蓝牙模块连接以控制小车运行状态。

关键字：智能小车；单片机；陀螺仪；蓝牙模块。

一、系统完成的功能根据老师的指导要求，在规定的时间内，由团队合作完成两轮自平衡小车的制作，使小车在一定时间内能够自助站立并且自由行走，以及原地转圈，上坡和送高处跃下站立。

二、系统总体设计原理框架图图2.1 系统总体框图三.系统硬件各个组成部分介绍3.1.STM32单片机简介（stm32rbt6）主控模块的STM32单片机是控制器的核心部分。

该单片机是ST意法半导体公司生产的32位高性能、低成本和低功耗的增强型单片机，它的内核采用ARM 公司最新生产的Cortex—M3架构，最高工作频率可达72MHz，256K的程序存储空间、48K的RAM，8个定时器／计数器、两个看门狗和一个实时时钟RTC，片上集成通信接口有两个I2C、3个SPI、5个USART、一个USB、一个CAN、两个和一个SDIO，并集成有3个ADC和一个DAC，具有80个I／0端口。

STM32单片机要求2.0～3.6V的操作电压(VDD)，本设计采用5.0V电源通过移动电源给单片机供电。

3.2.陀螺仪传感器陀螺仪可以用来测量物体的旋转角速度。

本设计选用MPU-6050。

MPU-60X0 是全球首例9 轴运动处理传感器。

它集成了3 轴MEMS 陀螺仪，3 轴MEMS加速度计，以及一个可扩展的数字运动处理器DMP（Digital Motion Processor），可用I2C接口连接一个第三方的数字传感器，比如磁力计。

扩展之后就可以通过其I2C 或SPI 接口输出一个9 轴的信号（SPI 接口仅在MPU-6000 可用）。

MPU-60X0 也可以通过其I2C 接口连接非惯性的数字传感器，比如压力传感器MPU-60X0 对陀螺仪和加速度计分别用了三个16 位的ADC，将其测量的模拟量转化为可输出的数字量。

毕业设计(论文) 开题报告设计（论文）题目：基于单片机的智能小车学院名称：电子与信息工程学院专业：电子与信息工程班级：电信092班姓名：杨介派学号 028指导教师：胡劲松职称教授定稿日期：2013 年 1 月 26 日基于单片机的智能小车1.课题研究背景和意义智能化作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作，无需人为管理，便可以完成预期所要达到的或是更高的目标。

它集中地运用了计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。

智能车辆是目前世界车辆工程领域研究的热点和汽车工业增长的新动向。

随着企业生产技术的不断提高以及对自动化技术要求的不断加深，智能车辆已在许多工业部门获得了广泛的应用。

无论是从科学发展、理论研究的角度，还是从汽车工业发展以及市场竞争的角度看，对智能车辆的研究都是必要的。

而智能小车的研究及相关产品开发也将有利于我国在此领域技术发展与进步。

因此，研制一种智能，高效的智能小车控制系统具有重要的实际意义和科学理论价值。

2.国内外研究现状及发展趋势国外智能车辆的现状研究国外智能车辆的研究历史较长，始于上世纪50年代，它的发展历程大致可以分为三个阶段：第一阶段：20世纪50年代是智能车辆研究的初始阶段。

1954年美国Barrett Electronic 公司研究开发出了世界上第一台自主引导车系统，该系统只是一个运行在固定路线上的拖车式运货平台，但它却具有了智能车辆最基本的特征即无人驾驶。

第二阶段：从80年代中后期，世界主要发达国家对智能车辆开展可卓有成就的研究，在欧洲，普罗米修斯项目于1986年开始了在这个领域的探索，在美洲，美国于1995年成立了国家自动高速公路系统联盟，其目标之一就是研究发展智能车辆的可行性，并促进智能车辆技术进入实用化。

第三阶段：从90年代开始，智能车辆进入了深入、系统、大规模的研究阶段。