（立项建议）双轮自平衡小车项目投资可行性立项报告（审核材料）

两根信号线，根黄色根蓝色由于生产批次不同，有时候信号线可能为绿色，不影响使用，黄色和蓝色分别是个电平可以直接接单片机信号注测正反转就是靠这两个电平区分是正转还是反转设为信号线先有脉冲，证明是正转先有脉冲，证明是反转重要说明长时间挡住或者不挡均没有输出，作为相位检测，只有在对射上升沿和下降沿才会有波形输出，所以转动码盘或者用不透明物体来回切换状态时候才会有方波输出，高速状态下，类似正弦波或者锯齿波，详见下面视频演示。

万用表测试直表现为左右，是无效，测试请用示波器或者单片机采集口。

光码盘测速模块测速原理示意图测速原理演示图之所以要设计稳压模块，是因为平衡小车不同模块所需电压值不同，比如电机工作电压在，而单片机控制系统显示模块及测速模块工作电压在但同时陀螺仪加速度模块工作电压却在，因此有必要设计稳压模块，能够同时稳定地提供这三组电压值。

稳压模块原理图如下稳压模块稳压模块原理图其中用到两个稳压芯片及，能够将到之间输入电压转化为输出输出电压，同时以输出电压为输入电压，将其转化为输出以供陀螺仪加速度模块使用。

图中，为测试电路是否正常，正常时灯亮反之，灯灭。

为普通二极管，在输入与输出之间起滤波作用。

图中电容也均为滤波作用。

使用时，两稳压芯片均要用散热片，否则会导致温度过高而烧坏。

相应布线图如下稳压模块图电机驱动模块由于电机工作电压与单片机不同，且单片机本身带负载能力不强，电机工作需要较大电流等因素，无法用单片机直接驱动电机运转，因此需要电机驱动模块来驱动电机。

在此设计中所选用电机驱动为模块。

它具有以下优点负载能力强能实现高电压强电流输出控制简单方便具体资料如下是公司生产种高电压大电流电机驱动芯片。

该芯片采用脚封装。

主要特点是工作电压高，最高工作电压可达输出电流大，瞬间峰值电流可达，持续工作电流为额定功率。

内含两个桥高电压大电流制调速，信号端控制调速。

可参考下图表电机旋转方式控制端控制端控制端控制端输入信号改变脉宽可调速调速端调速端正转高低高反转低高高停止低低高正转高低高反转低高高停止低低高其实物图如下电机驱动模块实物图此模块主要用来显示自平衡小车各种参数，如倾斜角瞬时速度瞬时加速度等。

同时也可以观察可调参数，这些参数可以用按键输入，通过显示出来，方便自平衡小车参数观察与更改，达到高效调速目。

其实物图如下实物图其与单片机系统组成原理图如下显示模块单片机控制系统及显示模块相应布线图如下其详细资料如下分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为，带背光比不带背光厚，是否带背光在应用中并无差别主要技术参数显示容量个字符芯片工作电压工作电流模块最佳工作电压字符尺寸引脚功能说明采用标准脚无背光或脚带背光接口，各引脚接口说明如表所示编号符号引脚说明编号符号引脚说明电源地数据电源正极数据液晶显示偏压数据数据命令选择数据读写选择数据使能信号数据数据背光源正极数据背光源负极表引脚接口说明表第脚为地电源。

第脚接正电源。

第脚为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生鬼影，使用时可以通过个电位器调整对比度。

第脚为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器低电平时选择指令寄存器。

第脚为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。

当和共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当为低电平为高电平时可以读忙信号，当为高电平为低电平时可以写入数据。

第脚端为使能端，当端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。

第脚为位双向数据线。

第脚背光源正极。

第脚背光源负极。

寄存器选择功能说明写入命令寄存器写入数据寄存器读取忙碌标志及地址读取数据不动作指令表指令功能控制线数据线清除屏幕清除屏幕，并把光标移至左上角光标回到原点光标移至左上角，显示内容不变设定进入模式地址递增，地址递减开启显示屏，与精力，自平衡小车平衡还欠佳，不能平衡太久。

以后有空余时间，我们定会慢慢改进。

在此，特别感谢三位指导老师给我们提供大量真诚与无私指导与帮助，才让我们有信心坚持下去。

同时也教会我们不少产品设计方面知识，再次深表谢意，任务分配戴磊硬件组装与制作瘳崎软件编程以及后期调试李旭相关硬件资料收集及设计报告书写王思然卡耳曼滤波及算法钻研要特点是工作电压高，最高工作电压可达输出电流大，瞬间峰值电流可达，持续工作电流为额定功率。

内含两个桥高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机继电器线圈等感性负载采用标准逻辑电平信号控制具有两个使能控制端，在不受输入信号影响情况下允许或禁止器件工作有个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。

使用芯片驱动电机，该芯片可以驱动台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。

简要说明尺寸二主要芯片光电耦合器三工作电压控制信号直流电机电压直流建议使用伏以下四最大工作电流五额定功率特点具有信号指示。

转速可调抗干扰能力强具有过电压和过电流保护可单独控制两台直流电机可单独控制台步进电机脉宽平滑调速可实现正反转采用光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专业电子信息科学与技术目录自平衡小车总体方案设计自平衡小车设计方案自平衡小车总体框图二系统具体设计与实现单片机控制模块陀螺仪加速度计模块光码盘测速模块稳压模块电机驱动模块显示模块三软件系统设计设计思想技术应用现状调节规律极点配置极点配置条件极点配置控制器程序流程图程序代码摘要随着科技进步，生活水平提高，人们追求智能与舒适愿望也日益强烈。

从而催生了许多智能化产品。

如智能电视智能小车等。

如何实现小车小车自动快捷驾驶，也成为人们心中向往与疑问，基于这种趋势与需求，着眼于实际情况。

本文介绍了基于单片机自平衡小车系统设计。

系统基于陀螺仪等传感器，利用平衡算法，对小车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目。

关键词自平衡算法该自平衡小车，采用单片机和各种传感器组合，构成如果车子倾斜在负向度以内显示轴加速度显示轴角速度如果反倾则显示显示按键值如果车子倾斜角大于正负则电机停止转动显示轴加速度显示轴角速度显示按键值结束语通过这次自平衡小车设计，我们学到了许多知识，特别是与之相关硬件，我们通过查找大量资料，熟悉并能正确地使用其中那些模块。

过程中还有其他备选模块，我们也了解了许多。

并且能够用熟悉地绘制原理图与相关布线图。

其中稳压模块单片机控制模块及显示模块便是应用此软件辅助完成硬件制作。

虽然其中我们付出了很多时间与精力，但是比起我们所学，还是很值得。

自平衡小车软件控制部分比较难，需要涉及总线通信，显示，通信协议等，在算法里面涉及卡耳曼滤波算法控制等诸多比较难编程。

这些在我们组成员共同努力，通过查阅大量参考程序，以及自已积累单片机编程知识，都完成了相应工作。

遗憾是，限于时定码，比如大写英文字母代码是，显示时模块把地址中点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母实物图如下其主要是通过技术对小车状态进行实时地跟踪及调整。

现对算法作些介绍。

控制技术是运动控制核心，各种先进控制技术研究不断推动着运动控制发展，比如自适应控制技术和以神经网络和模糊控制为代表智能控制技术，但在实际生产实践中应用最普遍还是各种以为代表基本控制技术按照偏差比例积分和微分进行控制调节器，简称为调节器，是连续系统中技术成熟且应用广泛种调节器。

本节将对系统用到控制技术做相应介绍和研究，传感器将车体角度和运动速度等信息传递给系统控制器，控制器经分析处理运用控制技术，将目标命令传递给电机驱动器来完成系统闭环控制在电机伺服系统控制中，经典控制具有其结构简单鲁棒性强以及现场对广泛使用积累了丰富经验等优点，在无刷直流电动机控制方面要特点是工作电压高，最高工作电压可达输出电流大，瞬间峰值电流可达，持续工作电流为额定功率。

内含两个桥高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机继电器线圈等感性负载采用标准逻辑电平信号控制具有两个使能控制端，在不受输入信号影响情况下允许或禁止器件工作有个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。

使用芯片驱动电机，该芯片可以驱动台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。

简要说明尺寸二主要芯片光电耦合器三工作电压控制信号直流电机电压直流建议使用伏以下四最大工作电流五额定功率特点具有信号指示。

转速可调抗干扰能力强具有过电压和过电流保护可单独控制两台直流电机可单独控制台步进电机脉宽平滑调速可实现正反转采用光电隔离使用直流步进两用驱动器可以驱动两台直流电机。

分别为和。

引脚，可用于输入脉宽调制信号对电机进行调速控制。

如果无须调速可将两引脚接，使电机工作在最高速状态，既将短接帽短接实现电机正反转就更容易了，输入信号端接高电平输入端接低电平，电机正转。

如果信号端接低电平，接高电平，电机反转。

控制另台电机是同样方式，输入信号端接高电平，输入端接低电平，电机正转。

反之则反转，信号端控制调速，信号端控制调速。

可参考下图表电机旋转方式控制端控制端控制端控制端输入信号改变脉宽可调速调速端调速端正转高低高反转低高高停止低低高正转高低高反转低高高停止低低高其实物图如下电机驱动模块实物图此模块主要用来显示自平衡小车各种参数，如倾斜角瞬时速度瞬时加速度等。

同时也可以观察可调参数，这些参数可以用按键输入，通过显示出来，方便自平衡小车参数观察与更改，达到高效调速目。

其实物图如下实物图其与单片机系统组成原理图如下显示模块单片机控制系统及显示模块相应布线图如下其详细资料如下分为带背光和不