基于线性CCD 的两轮自平衡智能小车控制系统设计

廖志飞，刘海刚，陈庆威，梁植权

（五邑大学 信息工程学院，广东 江门 529020）

近年来，随着技术的不断进步，两轮自平衡小车[1]以其结构简单、轻盈小巧、运动灵活、高效节能等特点，在许多个领域得到了较大的发展。本文设计并制作了一台两轮小车，用飞思卡尔公司生产的MK60DN512ZVLQ10单片机作为核心控制器，加速度计MMA7260和陀螺仪ENC03作为车身姿态控制测量元件，实现两轮小车的自平衡。 根据设定速度与小车速度的偏差控制电机的电压，以实现速度控制，并利用线性CCD采集赛道信息，根据路径的弯度控制小车两个轮子的转速实现转向控制，从而实现两轮直立车的寻迹方案。

1 系统组成

系统主要由单片机核心控制器、直立控制模块、速度控制模块、方向控制模块等功能模块构成。直立控制模块包含陀螺仪及加速度计，将它们安装在小车的重心位置，这样能保证传感器不会太敏感或太迟钝，两者的数据融合使小车能保持一定的倾角前进。速度控制模块：电机驱动模块驱动直流电机运转，通过安装于左、右轮的编码器测速，与设定速度进行比较，控制小车按设定速度行驶。方向控制模块：通过安装于小车运动上方支架上的线性CCD，控制两轮实现差速转弯，以控制运动方向.系统框图如图1所示。

图1 系统总体结构图Fig.1 The overall system structure diagram

2 各个控制模块

2.1 直立控制模块

两轮车行走的首要条件是车的直立平衡，我们设计的参考方案如图2所示。它是通过陀螺仪ENC03采集到车倾斜的角速度w，通过加速度计采集车倾斜的角度θacc，与陀螺仪积分得到的角度θ比较，得到偏差量e2(t)经过比例1/Tg转换作为反馈量给陀螺仪，偏差量e1(t)与陀螺仪采集到的角速度相加再积分作为车倾斜的角度θ。……