(完整版)學(xué)生研究計(jì)劃(SRP)項(xiàng)目結(jié)題報(bào)告書

/“學(xué)生研究計(jì)劃”(SRP)項(xiàng)目結(jié)題報(bào)告書項(xiàng)目編號(hào)：JY130513項(xiàng)目名稱：?jiǎn)屋S直立行走遙控車的研制起止時(shí)間：2013.042013.11學(xué)生姓名：歐志興專業(yè)年級(jí)：2011級(jí)車輛工程 聯(lián)系電話子信箱：493290676@指導(dǎo)教師：翟偉良填表日期：2013-11-18華南理工大學(xué)廣州學(xué)院2013年11月18日項(xiàng)目名稱單軸直立行走遙控車的研制所在學(xué)院汽車工程學(xué)院起止時(shí)間2013.3-2013.11項(xiàng)目性質(zhì)□發(fā)明、設(shè)計(jì)□基礎(chǔ)性研究■應(yīng)用性研究□社會(huì)調(diào)研項(xiàng)目來源■自主立題□教師指導(dǎo)選題指導(dǎo)教師姓名職位/職稱聯(lián)系電話Email翟偉理工程師234598917@學(xué)生情況姓名是否作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）或相關(guān)（填是、相關(guān)）歐志興否一、項(xiàng)目成果簡(jiǎn)介：（重點(diǎn)介紹特色及創(chuàng)新點(diǎn)，200字左右）特色：本設(shè)計(jì)是一臺(tái)基于32位單片機(jī)控制的兩輪直立行走的遙控車。通過角速度傳感器與加速度傳感配合，保持小車平衡；通過無線遙控模塊控制小車前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)。該設(shè)計(jì)可填補(bǔ)了現(xiàn)在市場(chǎng)兩輪直立行走平衡遙控車的空缺。創(chuàng)新點(diǎn)：1、通過使用LCD液晶屏幕可調(diào)節(jié)小車的站立、行駛速度，顯示運(yùn)行狀態(tài)，采用MK10DN5127VLL10單片機(jī)作為小車的檢測(cè)和控制的核心，穩(wěn)定了硬件電路2、采用直立平衡模塊（enc陀螺儀、加速度計(jì)7361）控制小車兩輪直立行走3、使用PWM模擬控制小車的速度，從而實(shí)現(xiàn)自由控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速4、通過無線遙控模塊控制小車前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)5、本次設(shè)計(jì)的兩輪遙控小車，采用MK10DN5127VLL10單片機(jī)作為小車的檢測(cè)和控制的核心，使硬件電路穩(wěn)定，簡(jiǎn)單二、項(xiàng)目研究中使用的具體材料：（含參閱的書籍和論文目錄，使用的檢索目錄）主控芯片一個(gè)（MK10DN5127VLL10）無線遙控模塊一個(gè)直立平衡模塊（enc陀螺儀、加速度計(jì)7361）液晶顯示器（LCD1602）電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊小車底板、貼片電阻、LM2940和LM1117穩(wěn)壓芯片膽電容、電阻若干、三極管若干、電路板等參考文獻(xiàn)：[1]李全利，仲偉峰，徐軍.單片機(jī)原理及應(yīng)用.清華大學(xué)出版社，2009。[2]王宜懷，吳瑾，蔣銀珍.嵌入式系統(tǒng)原理與實(shí)踐.電子工業(yè)出版社，2012。[3]譚浩強(qiáng)著．C程序設(shè)計(jì)．北京：清華大學(xué)出版社，2003。[4]范紅剛，魏學(xué)海，任思璟.51單片機(jī)自學(xué)筆記.北京航天航空大學(xué)出版社，2009。[5]唐文初，鄧寶清.汽車構(gòu)造.華南理工大學(xué)出版社，2010。[6]邵貝貝．單片機(jī)嵌入式應(yīng)用的在線開發(fā)方法[M]．北京．清華大學(xué)出版社．2004。三、項(xiàng)目成果形式及數(shù)量：（需另行提供附件、電子版和模型演示光盤等）1.□文獻(xiàn)資料綜述（）份；2.□調(diào)查報(bào)告（）份；3.□研究論文（）份；4.□軟件（1）份；5.□設(shè)計(jì)（）份；6.□硬件研制（1）份；7.□獲得專利（）份；8.□心得體會(huì)（）份；9.□實(shí)物模型（1）份；10.□其他（）件，名稱：附件清單：四、項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告（以學(xué)術(shù)論文形式撰寫，應(yīng)包含項(xiàng)目實(shí)施過程中創(chuàng)新思維和創(chuàng)新實(shí)踐方面收獲，3000～4000字左右）：摘要 本設(shè)計(jì)基于MK10DN5127VLL10單片機(jī)設(shè)計(jì)的兩輪直立遙控小車，根據(jù)題目的具體要求，采用enc陀螺儀和加速度計(jì)7361控制小車兩輪直立，采用模擬PWM控制小車的速度，使用普通無線遙控模塊實(shí)行無線控制，由LCD1602液晶屏幕顯示各項(xiàng)功能。最后，小車的運(yùn)行過程由單片機(jī)編程來實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：MK10DN5127VLL10，單軸兩輪直立，遙控車，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，穩(wěn)壓緒論1.1引言當(dāng)今的中國(guó)經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，市場(chǎng)也呈現(xiàn)出多樣化。但是，據(jù)了解，遙控車的類型雖然很多，但是單軸兩輪直立遙控車基本上沒有。而本次設(shè)計(jì)的遙控小車，就是填補(bǔ)這一空缺，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。本小車采用的是MK10DN5127VLL10單片機(jī)作為小車的檢測(cè)和控制的核心；采用enc陀螺儀和加速度計(jì)7361控制小車兩輪直立，開機(jī)3秒待系統(tǒng)穩(wěn)定后，小車便會(huì)處于直立狀態(tài)，此時(shí)便可開始遙控小車；使用PWM模擬控制小車的速度，從而實(shí)現(xiàn)自由控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速；采用LM1117穩(wěn)壓模塊給系統(tǒng)板供電；通過使用LCD1602液晶屏幕顯示小車運(yùn)行狀態(tài)，通過按鍵可調(diào)節(jié)小車的站立，行駛速度等。本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，較容易實(shí)現(xiàn)，具有穩(wěn)定性強(qiáng)、趣味性高，一定程度上滿足那些熱愛遙控，直立車的人群。1.2項(xiàng)目名稱和要求 項(xiàng)目名稱：?jiǎn)屋S直立行走遙控車的研制項(xiàng)目要求：（1）陀螺儀、加速度計(jì)站立模塊的應(yīng)用（2）電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的應(yīng)用（3）無線遙控模塊的應(yīng)用（4）編寫程序及測(cè)試第二章系統(tǒng)方案的論證 單軸兩輪直立小車的設(shè)計(jì)由上位機(jī)控制電路和主控制車電路組成，實(shí)現(xiàn)用無線遙控器控制小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)，自由控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，下面列出一種比較簡(jiǎn)單實(shí)用的方案。方案 遙控方面，目前采用一般的玩具車遙控器，利用單片機(jī)的普通IO口實(shí)現(xiàn)控制小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)。電機(jī)調(diào)試采用PWM信號(hào)，如果采用定時(shí)器來產(chǎn)生PWM信號(hào)的話又需要占用一只定時(shí)器。站立模塊采用enc陀螺儀、加速度計(jì)7361模塊，該模塊是采用陀螺儀的高速旋轉(zhuǎn)的原理以及配合加速度計(jì)7361實(shí)現(xiàn)小車兩輪平衡站立，由于一個(gè)陀螺儀不夠穩(wěn)定，所以這里采用兩個(gè)陀螺儀，實(shí)現(xiàn)水平和豎直方向的控制。我們選取MK10DN5127VLL10作為主控制器，是因?yàn)樵撔酒δ軓?qiáng)大，比較穩(wěn)定，易于控制，而且本身自帶四個(gè)觸摸屏按鍵，一個(gè)穩(wěn)壓模塊等。 主控制車電路采用MK10DN5127VLL10單片機(jī)為主控制器，enc陀螺儀、加速度計(jì)7361模塊控制小車站立，CD4504芯片控制電機(jī)構(gòu)成直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，無線遙控模塊控制小車。 站立模塊MK10DN5127VLL10MK10DN5127VLL10無線遙控模塊直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)↓主控制電路采用MK10DN5127VLL10單片機(jī)為主控制器，四個(gè)觸摸式按鍵控制小車的各個(gè)狀態(tài)，采用LM1117模塊穩(wěn)壓給核心板供電，顯示采用LCD1602液晶顯示。MK10DN5127VLL10MK10DN5127VLL10按鍵LCD1602液晶屏穩(wěn)壓模塊第三章元器件的選擇3.1單片機(jī)的選擇MK10DN5127VLL10/AD/PWM系列單片機(jī)是超核科技生產(chǎn)32位的單片機(jī)，具有功能多/高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼由KeiluVision4軟件編寫，方便、簡(jiǎn)潔。內(nèi)部集成專用復(fù)位電路，穩(wěn)壓電路，電容式觸摸按鍵，PWM，高速8、10、12位A/D轉(zhuǎn)換以及諸多普通IO口等等，針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。3.2站立模塊的選擇站立模塊由enc陀螺儀、加速度計(jì)7361以及若干個(gè)電容、電阻等組成，該模塊買回各個(gè)元器件，由自己焊接，經(jīng)過反復(fù)的測(cè)試、調(diào)整，記錄了大量的數(shù)據(jù)，最終選出了最穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。3.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片選型電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片選型選擇的是MOS管，比較常見的是3腳封裝的4905，內(nèi)部包含3通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路?？梢苑奖愕尿?qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，或一個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)。4905芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的IO口提供信號(hào)；而且電路簡(jiǎn)單，使用比較方便。第四章電路設(shè)計(jì)4.1主控制車電路4.2單片機(jī)最小系統(tǒng)第五章硬件原理5.1電機(jī)驅(qū)動(dòng)智能小車采用兩輪驅(qū)動(dòng)，單片機(jī)分別控制兩個(gè)電機(jī)，選取電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片4905，該芯片可驅(qū)動(dòng)兩路5-36v的直流電機(jī)或者一路四拍的步進(jìn)電機(jī)。5.2電源電路由于小車驅(qū)動(dòng)電源7.2v，而單片機(jī)正常工作電壓為5v，無線模塊的正常工作電壓為3.3v，分別選用LM7805和UTC1117穩(wěn)壓芯片來提供電源。LM7805電路：UTC1117電路：5.3顯示電路控制電路采用lcd1602作為顯示屏幕5.5按鍵電路采用電容式觸摸按鍵。第六章執(zhí)行流程按鍵按下、啟動(dòng)系統(tǒng)按鍵按下、啟動(dòng)系統(tǒng)程序初始化程序初始化中斷初始化鎖相環(huán)初始化AD轉(zhuǎn)換初始化定時(shí)器環(huán)初始化端口初始化PWM初始化中斷初始化鎖相環(huán)初始化AD轉(zhuǎn)換初始化定時(shí)器環(huán)初始化端口初始化PWM初始化6秒延時(shí)待程序穩(wěn)定6秒延時(shí)待程序穩(wěn)定二力互補(bǔ)濾波計(jì)算車體傾角讀取陀螺儀、加速度計(jì)、編碼器脈沖值二力互補(bǔ)濾波計(jì)算車體傾角讀取陀螺儀、加速度計(jì)、編碼器脈沖值計(jì)算直立PWM值計(jì)算直立PWM值否小車站立模式是否接收到控制信號(hào)？否小車站立模式是否接收到控制信號(hào)？是是反饋給MCU反饋給MCU計(jì)算左右輪PWM值計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速讀取編碼器脈沖計(jì)算左右輪PWM值計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速讀取編碼器脈沖否發(fā)送信號(hào)給遙控器計(jì)算小車速度速度過快？否發(fā)送信號(hào)給遙控器計(jì)算小車速度速度過快？小車可向左、向右、向前、向后自由行駛小車可向左、向右、向前、向后自由行駛是停車保護(hù)是停車保護(hù)系統(tǒng)初始化遙控器流程圖：系統(tǒng)初始化接收信號(hào)接收信號(hào)LCD實(shí)時(shí)顯示速度LCD實(shí)時(shí)顯示速度按下左按鍵按下后退按鍵按下前進(jìn)按鍵按下右按鍵按下左按鍵按下后退按鍵按下前進(jìn)按鍵按下右按鍵產(chǎn)生后退信號(hào)產(chǎn)生前進(jìn)信號(hào)產(chǎn)生右轉(zhuǎn)信號(hào)產(chǎn)生左轉(zhuǎn)信號(hào)產(chǎn)生后退信號(hào)產(chǎn)生前進(jìn)信號(hào)產(chǎn)生右轉(zhuǎn)信號(hào)產(chǎn)生左轉(zhuǎn)信號(hào)發(fā)送信號(hào)發(fā)送信號(hào)按下按鍵上電運(yùn)行，系統(tǒng)首先進(jìn)入各初始化程序，初始化就是把變量賦為默認(rèn)值，把控件設(shè)為默認(rèn)狀態(tài)，把沒準(zhǔn)備的準(zhǔn)備好，包括鎖相環(huán)初始化、AD轉(zhuǎn)換初始化、定時(shí)器初始化、PWM初始化、端口初始化和中斷初始化。然后延時(shí)6s等待系統(tǒng)穩(wěn)定，接著讀取陀螺儀、加速度計(jì)初值。程序設(shè)定了1ms中斷函數(shù)，把直立控制、方向控制和速度控制都放在期間同時(shí)進(jìn)行。當(dāng)按下按鍵產(chǎn)生中斷時(shí)，則分別讀取陀螺儀、加速度計(jì)的AD值以及編碼器的脈沖個(gè)數(shù)，然后通過二力互補(bǔ)濾波來進(jìn)行陀螺儀和加速度計(jì)數(shù)據(jù)融合濾波，用一下公式angle+=P_enc*enc_anglespeed*5*0.2+(1-P_enc)*(acc_angle-angle)求取車體傾角，使小車站立；開始循環(huán)接收遙控器發(fā)送過來的信號(hào)，MCU根據(jù)接收到的信號(hào)，使用公式PWM_speed=(int)(e_speed_PWM_old+e_speed_PWM_D*(float)time/20)計(jì)算速度PWM實(shí)現(xiàn)速度監(jiān)控；控制小車的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、前進(jìn)、后退。小車還利用編碼器讀回來的脈沖，通過換算，可顯示當(dāng)前的車速，使用的公式為：road+=pluse/45.0*0.05;speed=road/time。再把結(jié)果發(fā)送給遙控器。若編碼器讀回來的速度過快，為保護(hù)小車不被撞壞，則讓小車的電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。待小車通電穩(wěn)定后進(jìn)入站立模式，則可使用遙控器操控小車。遙控器分為發(fā)射模塊和接收模塊，當(dāng)按下按鍵時(shí)，發(fā)射模塊發(fā)出一個(gè)對(duì)應(yīng)的射頻信號(hào)給小車，接收模塊一直循環(huán)接收小車發(fā)送回來的信號(hào)，把信號(hào)結(jié)果顯示在LCD上，實(shí)時(shí)顯示車速。第七章部分程序代碼#include"gpio.h"http://函數(shù)名：GPIO_Init//功能：gpio初始化//說明：portio端口號(hào)PTA,PTB,PTC,PTD,PTE//index引腳號(hào)0-31,視芯片針腳數(shù)而定//dir輸入輸出控制0輸入1輸出//data當(dāng)設(shè)置為輸出功能時(shí)1輸出高電平0輸出低電平//當(dāng)設(shè)置為輸入功能時(shí)1上拉電阻0下拉電阻///////////////////////////////////voidGPIO_Init(GPIO_Type*port,intindex,intdir,intdata){ PORT_Type*p; switch((u32)port) { casePTA_BASE:p=PORTA;SIM->SCGC5|=SIM_SCGC5_PORTA_MASK;break;//開啟PORTA口使能時(shí)鐘，在設(shè)置前首先開啟使能時(shí)鐘參見k10手冊(cè)268頁， casePTB_BASE:p=PORTB;SIM->SCGC5|=SIM_SCGC5_PORTB_MASK;break; //開啟PORTB口使能時(shí)鐘 casePTC_BASE:p=PORTC;SIM->SCGC5|=SIM_SCGC5_PORTC_MASK;break; //開啟PORTC口使能時(shí)鐘 casePTD_BASE:p=PORTD;SIM->SCGC5|=SIM_SCGC5_PORTD_MASK;break; //開啟PORTD口使能時(shí)鐘 casePTE_BASE:p=PORTE;SIM->SCGC5|=SIM_SCGC5_PORTE_MASK;break; //開啟PORTE口使能時(shí)鐘 default:break; }p->PCR[index]&=~(PORT_PCR_MUX_MASK);p->PCR[index]|=PORT_PCR_MUX(1);//配置PORT口的MUX位為GPIO模式，參見k10手冊(cè)238頁 if(dir==1)//設(shè)置為輸出口 { port->PDDR|=(1<<index); //配置PORTn口的第index引腳為輸出，參見k10手冊(cè)1484頁 p->PCR[index]&=~(PORT_PCR_PE_MASK);//作為輸出口時(shí)關(guān)閉該引腳的上下拉電阻功能，參見k10手冊(cè)240頁 if(data==1)//設(shè)置輸出值，參見k10手冊(cè)1482頁 port->PDOR|=(1<<index);//端口輸出值為1 else port->PDOR&=~(1<<index);//端口輸出值為0 } else//設(shè)置為輸入口 { port->PDDR&=~(1<<index);//配置PORTn口的第index引腳為輸入，參見k10手冊(cè)1484頁 if(data==1)//上拉電阻，參見k10手冊(cè)240頁 p->PCR[index]|=PORT_PCR_PS_MASK; else //下拉電阻，參見k10手冊(cè)240頁 p->PCR[index]&=~(PORT_PCR_PS_MASK); p->PCR[index]|=PORT_PCR_PE_MASK; }}#include"wdog.h"http://看門狗驅(qū)動(dòng)文件//特別注意：看門狗的每一次設(shè)置需要間隔一個(gè)復(fù)位周期voidWDOG_Init(void){ WDOG->UNLOCK=(u16)0xC520u; WDOG->UNLOCK=(u16)0xD928u;//看門狗鑰匙，參考k10手冊(cè)504頁。 //在這里大部分選擇默認(rèn)配置,時(shí)鐘來源為busclock即48mhz WDOG->PRESC=(u16)0x0700u;//設(shè)置分頻器，設(shè)置值為8，及不分頻，參見手冊(cè)506頁 WDOG->TOVALH=(u16)0x0393u; WDOG->TOVALL=(u16)0x8700u;//設(shè)置超時(shí)時(shí)間值,暫定為10s，時(shí)鐘頻率為6mhz，參考k10手冊(cè)502頁。 WDOG->STCTRLH|=(u16)0x0001u;//開啟看門狗，參考k10手冊(cè)501頁。}#include"led.h"http://LED初始化voidLED_Init(void){ GPIO_Init(LED0_PORT,LED0_PIN,1,0); GPIO_Init(LED1_PORT,LED1_PIN,1,0);}實(shí)踐收獲：通過本次ARP項(xiàng)目的鍛煉，增強(qiáng)了自己的動(dòng)手操作，更讓我們意識(shí)到了在實(shí)際上自身接受的理論電路知識(shí)十分缺陷，本以為焊接電路這些工作是非