单片机设计控制平衡小车过程材料解析.docx
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单片机设计控制平衡小车过程材料解析
本科毕业论文（设计）过程材料目录
序号
过程材料名称
备注
1
本科毕业论文（设计）任务书
2
本科毕业论文（设计）开题报告
3
本科毕业论文（设计）中期检查表
4
本科毕业论文（设计）指导教师评审表
5
本科毕业论文（设计）评阅教师评审表
6
本科毕业论文（设计）答辩记录表
7
本科毕业论文（设计）成绩鉴定表
8
本科毕业论文（设计）二次答辩记录表
一、本科毕业论文（设计）任务书
1.要求完成的主要任务及达到的目标
本课题是单片机设计控制的两轮平衡小车。
其要完成的主要任务及所要达到的目标为：
主要任务：
（1）了解两轮平衡小车的设计要求及其工作原理和图像采集的工作原理及处理分析过程；
（2）设计基于stm32单片机控制两轮车直立的方案，通过摄像头能检测出手指信息信号，两轮直立车能根据手势信息进行相应的运动；
（3）设计硬件电路，并绘制电路图和硬件电路的焊接与调试；
（4）完成该系统的软件设计，编写程序。
要求达到的目标：
了解两轮平衡小车的设计的工作原理，掌握单片机控制两轮车直立的方案和思路。
熟练运用单片机编程软件进行编程调试，熟练运用protel或AltiumDesign绘制硬件电路图；解决数字图像处理及手指信息分析的软件编程算法实现。
2.工作进度要求
（1）2014/12/1-2014/12/30
查阅相关资料，完成任务书以及开题报告的撰写；
（2）2014/12/31-2015/4/30
查阅、收集资料，开展理论和实验研究，撰写毕业论文；
（3）2015/5/1-2015/5/20
修改、完善毕业论文，并将定稿后的论文按照统一格式打印。
指导教师（签名）：
年月日
二、本科毕业论文（设计）开题报告
1.研究（设计）目的意义及国内外研究状况和应用前景（附参考文献）：
课题研究的目的意义：
指控自平衡直立车是由主、副两个单片机控制；主单片机一通过采集固定在车体上的姿态传感器信息，经过卡尔曼滤波器得到准确的车体姿态信息，再通过PID控制器计算输出控制信号，控制信号经过电机驱动驱动电机正反转，维持车体平衡；二通过蓝牙串口接收副单片机发送的控制信号，叠加至PID控制器输出控制信号，从而控制小车前、后、左、右、停运动状态的改变；副单片机一通过摄像头采集手指图片，分析出手指信息，通过蓝牙串口发送至主单片机进行车体运行状态控制。
手指图像信息通过无线蓝牙控制平衡车是一个创新。
改变了以往通过按键或摇杆控制，手指图像是非接触隔空控制。
与按键或摇杆控制之相比用手指图像控制更灵活多变。
国内外研究状况：
在小车自平衡方面，国外瑞士联邦工业大学电子实验室的研究人员在2002年研制基于DSP芯片控制的机器人。
车体依靠两轮支持，两轮独立驱动，它能稳定地做U型回转。
最大运动速度可达1.5m/s，设计者的控制策略是基于状态反馈的线性控制，采用解耦状态空间控制器来使系统保持平衡；美国Segway公司研制的SegwayHT，由陀螺仪组、倾角传感器、嵌入式计算机和电机构成其控制系统，平衡时每秒10ms检测驾驶者重心位置一次，车速完全由驾驶者重心位置决定，能在湿漉地面和雨雪天气时使用。
国内安电子科技大学研究出了自平衡两轮智能车，它是一种两轮式左右并行布置结构的自平衡系统。
它利用伺服放大器ADS作为控制器，选择两个Maxson电机作为执行元件，采用自适应神经模糊控制器对小车进行控制，从而实现系统的自平衡；哈尔滨工业大学研制的智能小车采用DSP作为控制核心，车体倾斜角度检测采用加速度传感器，利用PWM技术动态控制两台直流电机的转速，使用了一套相应的软件算法，实现了妨碍系统的平衡控制；中国科学技术大学研制出了两轮自平衡代步电动车，它是一种两轮式左右并行布置结构的巨头自平衡系统的电动车。
在车体内嵌入式CPU的控制下，采集平衡传感器以及速度、加速度传感器的数据，通过一定的控制算法，计算输出PWM信号控制两个伺服电机的转矩，使车体保持平衡并能够根据人体重心的偏移，自动前进、后退及转弯。
在手势检测识别方面，国外富士通实验室在1991年对46个手势符号进行研究，并实现了识别目标；J.Davis使用具有高亮标记的视觉手套的手势作为系统参数输入，实现了识别7种手势；Starner等人在对美国手势中带有词汇的40个词汇随机组成的短句子进行识别，最后识别率达到99.2%。
国内哈尔滨工业大学的吴江琴、高文在发表的一篇论文中提到，他们选取Cyberglove型号数据手套作为手语输入设备，安徽中鸿电子科技有限公司专业胎压监测，采用动态高斯混合模型作为系统的识别技术，利用一个随时间变化的具有M个分量的混合高斯N-元混合密度来模型化手势，最后达到识别中国手语字典中的274个词条，取得了令人满意的识别率为98.2%
应用前景：
手指图像信息通过无线蓝牙控制平衡车是一个创新，如果设计成功，在娱乐方面，智能电子玩具讲给人带来更多的乐趣。
参考文献：
[1]谭浩强.C语言程序设计[M].北京清华大学出版社.1999.
[2]程佩青.数字信号处理教程[M].北京清华大学出版社.1999.
[3]陈曾平.电路设计基础[M].北京高等教育出版社.2003.
[4]张德丰主编.MATLAB数字图像处理[M].北京：
机械工业出版社.2009.
[5]刘同法.单片机外围接口电路[M].北京航空航天大学出版社.2003.
[6]冯先成.单片机应用系统设计[M].北京北京航空航天大学出版社.1999.
[7]王世英，赵有声.给数字频率计增加功能[J].电子技术.1980年11期.
[8]肖洪兵.跟我学用单片机[M].北京航空航天大学出版社.2002.8.
[9]何立民.单片机高级教程第1版[M].北京航空航天大学出版社.2001.
[10]崔育礼.手势识别若干关键技术研究与应用[D].同济大学软件学院.2008.
[11]刘圆圆.基于计算机视觉的手势识别技术研究[D].东北大学.2006.
[12]徐惠民,安德宁.单片微型计算机原理接口与应用第1版[M].北京邮电大学出版社.1996.
[13]夏继强.单片机实验与实践教程[M].北京航空航天大学出版社,2001.
[14]陈志旺.STM32嵌入式微控制器原理，应用技术.电子工业出版社,2012.
[15]何立民.单片机应用技术大全.北京:
北京航空航天大学出版社,1994.
[16]杜铁军，李群．流行单片机应用子程序及应用实例．西安：
西安电子科技大学出版社，2002.
[17]邱光源等.《电路基础》［M］.高等教育出版社1998.
[18]何立民.单片机应用系统设计.[M]北京：
航天航空大学出版社,2004.
[19].胡汉才.单片机原理及系统设计[M].北京:
清华大学出版社,2002.
[20]王庆有.图像传感器应用技术[M].北京：
电子工业出版社,2013.
2.主要内容、研究方法和思路
首先，选择两轮共轴、独立驱动、车身中心位于车轮轴上方的小车模型，通过检测小车直立姿态来实时控制小车，使其始终保持直立平衡。
然后，选择合适的CDD图像传感器，实现检测识别人的手指变化。
最后，通过手指变化信号来控制小车的行走路线，使小车始终跟随人的手指变化而变化。
3.总体安排和进度（包括阶段性工作内容及完成日期）：
（1）2015.01.01-2015.01.31
复习单片机相关课程，并查阅收集相关资料。
（2）2015.02.01-2015.02.10
确定研究方案，画出框图；
（3）2015.02.11-2015.02.28
选择器件，完成硬件设计，绘制硬件电路连接图。
（4）2015.03.01-2015.03.20
软件设计与系统调试。
（5）2015.03.2-2015.04.30
征求指导老师意见，对方案存在的不足，进行修改；撰写毕业设计初稿。
（6）2015.05.01-2015.05.10
完善毕业设计，交给指导老师做进一步修改。
学生（签名）：
年月日
指导教师意见
指导教师（签名）：
年月日
四、本科毕业论文（设计）指导教师评审表
指导教师评审意见
成绩评定
（百分制）
指导教师（签名）：
年月日
注：
此表内容应为手写体。
五、本科毕业论文（设计）评阅教师评审表
评阅教师评审意见
成绩评定
（百分制）
评阅教师（签名）：
年月日
注：
此表内容应为手写体。
六、本科毕业论文（设计）答辩记录表
答辩时间
答辩地点
学生姓名
指导教师
题目
答辩小组
成员签字
答辩中提出的主要问题及回答的简要情况记录（不少于3个问题）：
记录人（签名）：
答辩小组评语
答辩成绩
（百分制）
答辩小组组长（签名）：
年月日
注：
此表内容应为手写体。
八、本科毕业论文（设计）二次答辩记录表
答辩时间
答辩地点
学生姓名
指导教师
题目
字数
答辩委员会委员签字：
答辩记录：
最终评定等级
答辩委员会主任（签名）：
年月日
注：
学生毕业论文（设计）成绩获“不及格”等级的，要填写此表，内容应为手写体。
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