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采用ATMEGA16单片机设计的两轮自平衡电动车
2021-10-27 00:03
本文摘要:近两年来,在公共场合经常能看到一种叫作体感车(或者叫均衡电动车)的代步工具,由于其便利灵活性,使得其极为风行,并被称作最后一公里神器.其运作原理主要是创建在一种被称作动态平稳的基本原理上,也就是车辆本身的自动均衡能力。以内置的仪器固态陀螺仪来辨别车身所处的姿势状态,利用仪器且高速的中央微处理器计算出来出有必要的指令后,驱动马达来做均衡的效果。 下文使用AVRAtmega16芯片作为主控制芯片,设计制作了两轮的自均衡电动车。

电动车

近两年来,在公共场合经常能看到一种叫作体感车(或者叫均衡电动车)的代步工具,由于其便利灵活性,使得其极为风行,并被称作最后一公里神器.其运作原理主要是创建在一种被称作动态平稳的基本原理上,也就是车辆本身的自动均衡能力。以内置的仪器固态陀螺仪来辨别车身所处的姿势状态,利用仪器且高速的中央微处理器计算出来出有必要的指令后,驱动马达来做均衡的效果。  下文使用AVRAtmega16芯片作为主控制芯片,设计制作了两轮的自均衡电动车。文中分析了测量角度和角速度传感器的自由选择,通过ATMEGA16单片机多路信号AD收集陀螺仪和加速度计的信号,经过Kalman滤波算法计算出来动态的角度和角速度,通过LCD1602表明角速度和角度的值、改向值。

利用PID控制算法掌控自均衡车的平衡状态,使车体在平衡位置平稳。利用大功率MOS管设计驱动电路,通过单片机有效地掌控电机的扭矩、电机的改向,从而有效地掌控自均衡车的行进、前进及弯道功能。

我们来想到明确的设计细节吧。  1研究意义  随着科学技术水平的不断进步,交通工具于是以朝着小型、节约能源、环保的方向发展,电动车正是在这个背景下孕育出而生并为人们所熟悉。据不几乎统计资料,我国的电动车保有量已多达1.2亿辆,是增长速度最慢的交通工具。

能力

随着石油储量的大大增加和人们环保意识的强化,电动车毫无疑问将沦为未来交通工具的主力军。就目前而言,电动车的种类主要有电动自行车、电动摩托车和电动汽车。由于电动机生产水平的提升,特别是在是大功率直流无刷电动机生产工艺的成熟期,造就了电动自行车和电动摩托车行业的飞速发展。

同时,人们也根据两轮自均衡机器人工作原理,设计出有了一些新式电动车--两轮自均衡电动车。它是一种新型的交通工具,它一改为电动自行车和摩托车车轮前后排序方式,而是使用两轮两边相同的方式,这种结构将给人们带给一种全新的匹敌感觉。

两轮自均衡电动车只能靠两个轮子承托车体,使用蓄电池获取动力,由电动机驱动,使用微处理器、姿态感官系统、控制算法及车体机械装置联合协调控制车体的均衡,只能靠人体焦点的转变之后可以构建车辆的启动、加快、滑行、暂停等功能。两轮自均衡车主要是绿色环保。电动车用于电池作为动力能源,并可以重复电池用于,大大减少了对环境的污染。转弯半径为零,在小空间范围内可以灵活性运动。

无刹车系统,由CPU自动得出于是以翻转力矩,从而超过较慢平稳的刹车效果。  掌控极为便利,行进前进自如。两轮自均衡电动车是一个高度不稳定的系统,其动力学方程是一多变量、相当严重不平稳、耦合、时变、参数不确定性的非线性高阶方程,再加运动学方程中的非完整性约束,拒绝已完成的掌控任务也具备多重性,因此,两轮自均衡电动车作为一个明确的简单系统,给掌控理论明确提出了相当大的挑战,是检验各种掌控方法处置能力的典型装置。

电机

两轮自均衡电动车作为一种研究装置,可展开不确定性系统控制、非线性系统控制、自适应控制、智能控制等研究。  2系统总体设计方案  两轮自均衡自动车使用AVRAtmega16芯片作为主控制芯片,自由选择外部16MHz晶振,用于JTAG仿真器展开动态建模与调试;使用LCD1602表明弯道角度传感器测量的动态角度和角速度,为了让调试的过程中更为直观。

动态角度和角速度的测量通过陀螺仪测量角速度,三轴加速度计测量角度。由于均衡车是运动的,所以三轴加速度计测量的角度里面都有著动态角度,最后通过卡尔曼硬件融合电路准确地测量出有动态的角度和角速度。

改向模块使用高精度电位器,当手把向右转动时,两轮车向右转,当手把向左转动时两轮自均衡车向左弯道,可以构建原地弯道。电机使用直流滑行电机,主要是因为直流滑行电机能耗较低、性能优越、减速机效率高约95%以上,而且振动小、噪音较低、节约能源低、搭配优质段钢材漆,钢性铸铁箱体,齿轮表面经过高频热处理。节省空间,可信轻巧,忍受短路能力低,经过仪器加工,保证定位精度,扭矩大。电机驱动模块使用大功率MOS管,由于电机的功率大,必须的电流大。

电机的旋转通过PID控制算法,构建两轮车的自平衡状态。系统简陋硬件结构框图如图1右图。


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