單片機(jī)設(shè)計(jì)控制平衡小車過程材料

1、本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）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(jì)）任務(wù)書2本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告3本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中期檢查表4本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）指導(dǎo)教師評審表5本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）評閱教師評審表6本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）答辯記錄表7本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）成績鑒定表8本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）二次答辯記錄表一、本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）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(jì)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(jì)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(jì)基于stm32單片機(jī)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(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)；（3）設(shè)計(jì)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(jì)，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(jì)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(yùn)用單片機(jī)編程軟件進(jìn)行編程調(diào)試，熟練運(yùn)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(shí)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(bào)告的撰寫；（2）2014/12/31-2015/4/30查閱、收集資料，開展理論和實(shí)驗(yàn)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(dǎo)教師（簽名）： 年 月 日二、本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告1.研究（設(shè)計(jì)）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(gè)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(jì)算輸出控制信號，控制信號經(jīng)過電機(jī)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變；副單片機(jī)一通過攝像

4、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(yùn)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(gè)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(shí)驗(yàn)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(dú)立驅(qū)動(dòng)，它能穩(wěn)定地做U型回轉(zhuǎn)。最大運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)1.5m/s，設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)和電

5、機(jī)構(gòu)成其控制系統(tǒng)，平衡時(shí)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(shí)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(gè)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(shí)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PWM技術(shù)動(dòng)態(tài)控制兩臺(tái)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使用了一套相應(yīng)的軟件算法，實(shí)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(dòng)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(dòng)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(jì)算輸出PWM信號控制兩個(gè)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(dòng)前進(jìn)、后退及轉(zhuǎn)彎。在手勢檢測識別方面，國外富士通實(shí)驗(yàn)室在1991年對46個(gè)手勢符號進(jìn)行研究，并實(shí)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(shí)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(gè)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Cyber glove型號數(shù)據(jù)手套

7、作為手語輸入設(shè)備，安徽中鴻電子科技有限公司專業(yè)胎壓監(jiān)測，采用動(dòng)態(tài)高斯混合模型作為系統(tǒng)的識別技術(shù)，利用一個(gè)隨時(shí)間變化的具有M個(gè)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(gè)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(gè)創(chuàng)新，如果設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)基礎(chǔ)M.北京高等教育出版社.2003.4 張德豐主編.MATLAB數(shù)字圖像處理M.北京：機(jī)

8、械工業(yè)出版社.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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)算機(jī)原理接口與應(yīng)用 第1版M.北京郵電大學(xué)出

9、版社.1996. 13 夏繼強(qiáng).單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)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(shí)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(jì).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(jì)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

10、.主要內(nèi)容、研究方法和思路首先，選擇兩輪共軸、獨(dú)立驅(qū)動(dòng)、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(shí)時(shí)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(shí)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(jì)，繪制硬件電路連接圖。（4

11、）2015.03.01-2015.03.20 軟件設(shè)計(jì)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(jì)初稿。（6）2015.05.01-2015.05.10 完善畢業(yè)設(shè)計(jì)，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）：年 月 日四、本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）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(jì)）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(yīng)為手寫體。六、本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))答辯記錄表答辯時(shí)間答辯地點(diǎn) 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及回答的簡要情況記錄（不