电子与信息工程学院
项 目 设 计 报 告
项目名称 双轮自平衡小车设计 学生姓名 戴 磊103621015
廖 崎107221046 李 旭103621045 王思然103522024
专 业 电子信息科学与技术 班 级 103622 指导教师 李东京 万青 赵东
目录
一 自平衡小车的总体方案设计 ................................................................................................... 4 1、自平衡小车的设计方案 ............................................................................................................. 4 2、自平衡小车的总体框图 ............................................................................................................. 4 二 系统的具体设计与实现 ........................................................................................................... 5 1、单片机控制模块......................................................................................................................... 5 2、陀螺仪加速度计模块 ................................................................................................................. 5 3、光码盘测速模块......................................................................................................................... 7 4、稳压模块 .................................................................................................................................... 8 5、电机驱动模块............................................................................................................................. 9 6、LCD1602显示模块 .................................................................................................................. 12 三 软件系统设计......................................................................................................................... 18 1、设计思想 .................................................................................................................................. 18 （1）PID技术 ............................................................................................................................... 18 （2）应用现状 .............................................................................................................................. 18 （3）PID调节规律 ....................................................................................................................... 19 （4）极点配置 .............................................................................................................................. 20 （5）极点配置条件....................................................................................................................... 20 （6）极点配置控制器 ................................................................................................................... 23 2、程序流程图 .............................................................................................................................. 24 3、程序代码 .................................................................................................................................. 25
摘 要
随着科技进步，生活水平的提高，人们追求智能与舒适的愿望也日益强烈。从而催生了许多智能化的产品。如智能电视、智能小车等。如何实现小车的小车的自动快捷驾驶，也成为人们心中的向往与疑问，基于这种趋势与需求，着眼于实际情况。本文介绍了基于STC90C51单片机的自平衡小车系统的设计。系统基于陀螺仪等传感器，利用PID平衡算法，对小车的速度倾斜角度平衡状态来进行检测，并通过单片机来控制电机来实现双轮小车自如平衡地运动。从而实现小车智能自主控制的目的。
关键词： STC90C51 自平衡 PID算法
一 自平衡小车的总体方案设计
1、自平衡小车的设计方案
该自平衡小车，采用STC90C51单片机和各种传感器的组合，构成了自平衡小车系统。其系统主要由以下几个部分组成：单片机控制系统、陀螺仪加速度检测模块、光码盘测速模块、稳压模块、电机驱动模块、LCD1602显示模块组成。本设计的自平衡小车工作原理：给小车通电，平衡放在地上，当小车开始倾斜时，陀螺仪及时地采集的小车倾斜角度数据传给单片机，而加速度计将车子倾斜的瞬时加速度采集后也传给单片机，同时，光码测速仪也将车子的实时速度采集后传给单片机。单片机系统收集到以上三组数据，对数据进行量化处理后，在PID平衡算法的控制下，控制电机及时地做出前进或后退或加速或减速的反应，使车子在一个小角度范围内做平衡地来回摆动，以保持车子的不倒。
2、自平衡小车的总体框图
自平衡小车主要由以下模块组成：单片机控制系统、陀螺仪加速度检测模块、光码盘测速模块、稳压模块、电机驱动模块、LCD1602显示模块，以下是自平衡小车系统方框图。
单片机 光码盘测速模块 控制模 块 稳压模块（电源） 自平衡小车系统框图 陀螺仪加速度模块 电机驱动模块 LCD1602显示模块 二 系统的具体设计与实现
1、单片机控制模块
单片机最小系统原理图如下：
单片机最小系统
单片机最小系统由复位电路以及晶振电路组成，它是保证单片机能正常工作的最基本条件，在此不作过多介绍。
2、陀螺仪加速度计模块
本设计中所采用的陀螺仪加速度设模块为MPU6050，之所以选择这个模块，是因为其有以下优点：
（）集角度测量与加速度测量于一体
（2）其那同时测量三轴上的角度与加速度测量 （3）其输出为数字信号，便于处理于存储与传输