基于R5F212L2SDFP的二轮直立车设计与实现

基于R5F212L2SDFP的二轮直立车设计与实现

  

　　随着我国城乡经济的高速发展，人们生活水平的提高，越来越多的人开始拥有私家车，这在一定程度上造成了日益严重的交通压力。为了解决这一问题，人们开始研究新的交通工具。与三轮车，四轮车等交通工具相比，两轮车具有的便于在狭窄空间运行，轻便灵活的车身以及易于存放管理的特点，成为近年来的一个研究热点，具有广泛的运用前景。鉴于此，本文以玩具车模为研究对象，以现代电路电子先进的SMT技术为依托，使用先进的控制理论，对两轮车进行了深入研究。

 

　　R5F212L2SDFP是瑞萨公司推出的性价比较高的16位单片机。日本村田公司生产的测量角速度的传感器ENC-03RC价格低廉，配合三轴角度测量传感器MMA7361可以实现角度的测量。本文以R5F212L2SDFP为核心控制器，以ENC-03RC和MMA7361为主要传感器，采用先进PID算法，设计了直立速度控制器，实现了车模的直立运行。

 

　　为了解决陀螺仪传感器温漂以及传感器安装问题，可以通过加入速度控制来实现车模的平衡点稳定。通过车模的角度控制车模的直立是一个正反馈的过程而不是负反馈，这与其它常见的控制方式不同。其根本原因在于车模的重力方向与恢复到平衡点的力的方向是相反的。当车模快速向一个方向倾斜时，为了改变运动方向，即改变车模的倾斜角度，这时应该施加正反馈使电机加大力度，改变车模倾角，而不是减小电机控制量。所以速度反馈是一个正反馈。由于车模的执行机构是直流电机，通过控制电机实现对车模直立与速度控制，由电机拖动可知直流电机产生的力矩与电流的关系近似为。

 

　　本文的车模直立行走算法实现了基本功能。但是存在很多参数需要调整，首先在使用AD采样得到陀螺仪与加速度计信号值后，要减去静态值，然后需要加速度参数与陀螺仪参数进行归一化处理，得到实际的角度。同时，在匹配滤波算法中存在比例因子GTA需要调试。而且，在直立控制与速度控制中分别存在P参数，D参数，以及速度P参数，速度I参数。这些参数需要不断调试才能得到一个较好的效果。

　　文中基于加速度传感器MMA7361与陀螺仪传感器ENC03-RC设计与实现了二轮直立车的速度与直立控制方案。实验证明，整个系统具有较强的抗干扰能力与较快的动态响应特性，二轮直立车可以很好地实现直立运行。

 

 

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