基于ARM的两轮自平衡车系统设计与实现

"基于ARM的两轮自平衡车模型系统设计" 本文主要介绍了一种基于ARM技术的两轮自平衡车模型的设计与实现。该设计利用了陀螺仪L3G4200和MEMS加速度传感器MMA7260进行姿态检测，通过卡尔曼滤波对来自这两类传感器的数据进行融合，以提高姿态测量的准确性。系统的核心控制器是飞思卡尔的32位单片机Kinetis K60，它负责执行滤波算法和车身控制，同时也实现了人机交互功能。 1. 课程设计目的 - 学习和掌握嵌入式系统的设计方法和流程。 - 熟悉并运用嵌入式系统开发环境，如IDE。 - 掌握ARM Cortex-M4内核的Kinetis K60系列单片机的使用。 - 完整体验嵌入式系统设计过程，包括硬件和软件部分。 2. 设计内容和要求 - 理解和应用Kinetis K60单片机的工作原理。 - 学习加速度计和陀螺仪的工作原理，并将其应用于实际系统。 - 设计并实现基于PID控制的两轮自平衡车模型系统，绘制工作原理图和PCB版图。 3. 两轮平衡车的平衡原理 - 两轮自平衡车通过调节两个独立驱动轮的动力，使得车身能够在不同状态下保持平衡。其关键在于实时监测和控制车身的倾斜角度，确保重心始终处于车轮轴线之上。 4. 系统方案设计 - 系统方案包括传感器选择、数据融合、控制器设计、软件架构等，其中陀螺仪和加速度计组合用于检测车辆姿态，卡尔曼滤波用于优化传感器数据。 - Kinetis K60作为控制核心，处理传感器数据，计算控制指令，并通过PID算法实现动态平衡。 5. 系统软件设计 - 软件部分主要包括数据采集、滤波算法、PID控制算法的实现，以及与用户交互的界面设计。 6. 电路调试 - 对整个系统的硬件电路进行调试，确保各个模块正常工作，包括传感器接口、电机驱动电路和电源管理。 7. 课程设计总结 - 完成后的系统能够在无人干预下保持平衡，并在受扰动后迅速恢复稳定，体现了良好的动态性能。 8. 研究意义 - 两轮自平衡车的研究有助于推动移动机器人技术的发展，尤其在复杂环境下的自主导航和控制方面有重要价值。 9. 参考文献 - 文档引用了相关的技术文献，提供了进一步学习和研究的参考资料。 10. 附录与致谢 - 提供了设计过程中的一些详细数据、图表和其他辅助材料，以及对指导老师和协助者的感谢。 这个课程设计项目不仅涵盖了硬件设计，还包括软件编程和控制系统理论，为学生提供了全面了解和实践嵌入式系统开发的机会。通过这样的设计，学生可以深入理解两轮自平衡车的工作机制，并提升在嵌入式系统领域的综合能力。