單片機設計控制平衡小車過程材料

1、本科畢業(yè)論文（設計）過程材料目錄序號過程材料名稱備注1本科畢業(yè)論文（設計）任務書2本科畢業(yè)論文（設計）開題報告3本科畢業(yè)論文（設計）中期檢查表4本科畢業(yè)論文（設計）指導教師評審表5本科畢業(yè)論文（設計）評閱教師評審表6本科畢業(yè)論文（設計）答辯記錄表7本科畢業(yè)論文（設計）成績鑒定表8本科畢業(yè)論文（設計）二次答辯記錄表一、本科畢業(yè)論文（設計）任務書1.要求完成的主要任務及達到的目標本課題是單片機設計控制的兩輪平衡小車。其要完成的主要任務及所要達到的目標為：主要任務：（1）了解兩輪平衡小車的設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）設計基于stm32單片機控制兩輪車直立的方案，通過

2、攝像頭能檢測出手指信息信號，兩輪直立車能根據(jù)手勢信息進行相應的運動；（3）設計硬件電路，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)的軟件設計，編寫程序。要求達到的目標：了解兩輪平衡小車的設計的工作原理，掌握單片機控制兩輪車直立的方案和思路。熟練運用單片機編程軟件進行編程調(diào)試，熟練運用protel或Altium Design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.工作進度要求（1）2014/12/1-2014/12/30查閱相關資料，完成任務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，撰寫畢業(yè)論文

3、；（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。指導教師（簽名）： 年 月 日二、本科畢業(yè)論文（設計）開題報告1.研究（設計）目的意義及國內(nèi)外研究狀況和應用前景（附參考文獻）：課題研究的目的意義：指控自平衡直立車是由主、副兩個單片機控制；主單片機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)過電機驅(qū)動驅(qū)動電機正反轉(zhuǎn)，維持車體平衡；二通過藍牙串口接收副單片機發(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；副單片機一通過攝像

4、頭采集手指圖片，分析出手指信息，通過藍牙串口發(fā)送至主單片機進行車體運行狀態(tài)控制。手指圖像信息通過無線藍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)大學電子實驗室的研究人員在2002年研制基于DSP芯片控制的機器人。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1.5m/s，設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Segway HT，由陀螺儀組、傾角傳感器、嵌入式計算機和電

5、機構(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電機作為執(zhí)行元件，采用自適應神經(jīng)模糊控制器對小車進行控制，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的自平衡；哈爾濱工業(yè)大學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PWM技術動態(tài)控制兩臺直流電機的轉(zhuǎn)速，使用了一套相應的軟件算法，實現(xiàn)了妨礙系統(tǒng)的平衡控制；中國科學技術大學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信號控制兩個伺服電機的轉(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、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個手勢符號進行研究，并實現(xiàn)了識別目標；J.Davis使用具有高亮標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個詞匯隨機組成的短句子進行識別，最后識別率達到99.2%。國內(nèi)哈爾濱工業(yè)大學的吳江琴、高文在發(fā)表的一篇論文中提到，他們選取Cyber glove型號數(shù)據(jù)手套

7、作為手語輸入設備，安徽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)的識別技術，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%應用前景：手指圖像信息通過無線藍牙控制平衡車是一個創(chuàng)新，如果設計成功，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：1 譚浩強.C語言程序設計M.北京清華大學出版社.1999.2 程佩青.數(shù)字信號處理教程M.北京清華大學出版社.1999.3 陳曾平.電路設計基礎M.北京高等教育出版社.2003.4 張德豐主編.MATLAB數(shù)字圖像處理M.北京：機

8、械工業(yè)出版社.2009.5 劉同法.單片機外圍接口電路M.北京航空航天大學出版社.2003.6 馮先成.單片機應用系統(tǒng)設計M.北京北京航空航天大學出版社.1999.7 王世英，趙有聲. 給數(shù)字頻率計增加功能J.電子技術.1980年11期.8 肖洪兵.跟我學用單片機M.北京航空航天大學出版社.2002.8.9 何立民.單片機高級教程 第1版M.北京航空航天大學出版社.2001.10 崔育禮.手勢識別若干關鍵技術研究與應用D.同濟大學軟件學院.2008.11 劉圓圓.基于計算機視覺的手勢識別技術研究D.東北大學.2006.12 徐惠民,安德寧.單片微型計算機原理接口與應用 第1版M.北京郵電大學出

9、版社.1996. 13 夏繼強.單片機實驗與實踐教程M.北京航空航天大學出版社,2001.14 陳志旺.STM32嵌入式微控制器原理，應用技術.電子工業(yè)出版社,2012. 15 何立民.單片機應用技術大全.北京:北京航空航天大學出版社,1994.16 杜鐵軍，李群流行單片機應用子程序及應用實例西安：西安電子科技大學出版社，2002.17 邱光源等.電路基礎M.高等教育出版社 1998.18 何立民.單片機應用系統(tǒng)設計.M北京：航天航空大學出版社,2004.19.胡漢才.單片機原理及系統(tǒng)設計M.北京:清華大學出版社,2002.20 王慶有.圖像傳感器應用技術M.北京：電子工業(yè)出版社,2013.2

10、.主要內(nèi)容、研究方法和思路首先，選擇兩輪共軸、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CDD圖像傳感器，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.總體安排和進度（包括階段性工作內(nèi)容及完成日期）：（1）2015.01.01-2015.01.31復習單片機相關課程，并查閱收集相關資料。（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，完成硬件設計，繪制硬件電路連接圖。（4

11、）2015.03.01-2015.03.20 軟件設計與系統(tǒng)調(diào)試。（5）2015.03.2-2015.04.30 征求指導老師意見，對方案存在的不足，進行修改；撰寫畢業(yè)設計初稿。（6）2015.05.01-2015.05.10 完善畢業(yè)設計，交給指導老師做進一步修改。學生（簽名）： 年 月 日指導教師意見指導教師（簽名）：年 月 日四、本科畢業(yè)論文（設計）指導教師評審表指導教師評審意見成績評定(百分制)指導教師（簽名）：年 月 日注：此表內(nèi)容應為手寫體。五、本科畢業(yè)論文（設計）評閱教師評審表評閱教師評審意見成績評定(百分制)評閱教師（簽名）：年 月 日注：此表內(nèi)容應為手寫體。六、本科畢業(yè)論文(設計)答辯記錄表答辯時間答辯地點 學生姓名指導教師題 目答辯小組成員簽字答辯中提出的主要問題及回答的簡要情況記錄（不