中北大学毕业设计开题报告学生姓名：学号：学院：信息与通信工程学院专业：电子信息科学与技术设计题目：基于ATMEGA16A芯片的自平衡车设计指导教师:2016年04月06日毕业设计开题报告1．选题依据：1.1研究目的及意义：车辆作为一种新型的交通工具，应用范围已经越来越广泛，几乎渗透到各个领域，是一项多学科理论与技术集成的机电一体化技术。车辆在方便人的出行和货物的运输等方面都显示出极大的优越性。轮式车辆由于具有结构简单、成本低、能量利用率高等特点，已经成为车辆研究的重要方向之一[1]。轮式车辆在工作过程中可能会遇到工作区域狭窄、路面不平、工作环境复杂多变、需要经常转向的工作场合，如何在这样的环境里灵活快捷的完成任务，使轮式车辆不但能够适应特定的环境及任务需求，而且在动态变化的复杂未知环境中能够体现出高度的灵活适应性，成为一个值得重点研究的课题。在这种应用背景下两轮自平衡车应运而生。两轮自平衡小车是一个集动态决策和规划、环境感知、行为控制和执行等多种功能于一体的综合系统，具有较高的学术研究意义[2]。小车具有两轮共轴、独立驱动、重心位于车轮上方和通过运动保持平衡的特点。通过运用加速度传感器、角速度传感器、陀螺仪等，可以实现小车平衡自立[3]。和传统的轮式移动机器人相比较，两轮自平衡小车有着以下优点：（1）具有占地面积小的优点，能够在场地面积很小或者要求灵活运输的场合上使用；（2）车的结构上有很大的简化，可以把车做的更轻更小；（3）能够实现在原地回转和任意半径的转向，有更加灵活易变的移动轨迹很好地弥补了传统多轮布局的缺点；（4）重心的高度对小车运动和硬件设计的限制小；（5）有着较小的驱动功率，能够让电池长时间供电。因为特别的结构，它对于地形的变化有很强的适应能力，有着良好的运动性能，能够在比较复杂的环境里面的工作[4]。故在解决自平衡的同时，还能够适应在各种环境下的控制任务。因此，两轮自平衡车有着广泛的应用前景，其典型应用包括代步工具、通勤车、紧急服务、邮件派送、危险品运输、灭火、高科技玩具、控制理论测试平台等方面。此外，由于微电子技术、计算机技术、控制技术、电源技术、驱动技术、传感器技术的不断进步，为两轮自平衡车技术提供了坚实的理论基础并极大的降低了研制成本，有力地推动了两轮自平衡车由理论研究向工程实践发展[5]。1.2国内外的发展现状近年来，两轮自平衡小车在国际得到快速的发展，建立了多个实验原机型，提出来众多解决平衡控制的方案，并对原机型的自动平衡性能与运动特性进行了验证。两轮自平衡小车自问世以来，迅速成为研究各种控制理论的理想平台，具有重大的理论意义，这要归功于她不稳定的动态性能和系统所具有的非线性[6]。在两轮自平衡小车的研究上，国外的专家和爱好者们取得了一系列的成果。以下介绍两个比较先进的平衡小车：由美国科学家David.P.Anderson研发的两轮自平衡机器人Nbot（如图1）基于倒立摆的小型自平衡两轮车模型，是由HCllrobotcontroller进行控制的。图1Nbot由瑞士联邦技术学院工业电子实验室的研究人员研制的名为JOE机器人（如图2），是由DSP芯片进行控制的，它由车架上方所附的重物模拟实际车中的驾驶者。图2JOE机器人国内两轮自平衡小车的研究也取得了一定的成就。西安电子科技大学研究出了两轮自平衡小车，它是一种两轮式左右并行布置结构的自平衡系统[7]。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这一非线性对象进行大范围控制，从而实现系统的自平衡。目前，国内研究的最多的双轮直立自平衡小车是微型处理器作为控制核心，车体倾斜角度检测采用加速度传感器和陀螺仪。利用PWM技术动态控制两台直流电机的转速[8]。基于这些完备而可靠的硬件设计，设计出一套独特可行的软件算法，实现了对小车的平衡控制[9]。通过对两轮自平衡系统的改造，如使用大功率的电机、采用大容量的电池，使用坚固的材料、更快的cpu、更灵敏的传感器以及加入控制系统等[10]，可快速方便的应用到众多环境中去，如承载、代步等。目前，市场上有许多平衡车相关产品，如小米公司9号平衡...
