车辆自平衡座椅电动控制系统软件部分毕业设计论文.docx
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车辆自平衡座椅电动控制系统软件部分毕业设计论文
西安工业大学北方信息工程学院
本科毕业设计(论文)
题目:
车辆自平衡座椅电动控制系统
——软件部分
系别:
电子信息系
专业:
通信工程
2013年5月
西安工业大学北方信息工程学院
本科毕业设计(论文)
题目:
车辆自平衡座椅电动控制系统
——软件部分
系别:
电子信息系
专业:
通信工程
2013年5月
西安工业大学毕业设计(论文)任务书
院(系)电信学院专业通信工程班090309姓名何家欢学号09030935
1.毕业设计(论文)题目:
车辆自平衡座椅电动控制系统设计——软件部分
2.题目背景和意义:
自平衡减摇目前最常用且最成功的是船舶减摇鳍式减摇装置,理论减摇效果可达90%以上。
根据相似原理,本设计提出一种新的车辆自平衡座椅控制装置,将车辆行驶或道路对其所产生的不平衡状态进行检测甄别,并以此对座椅进行电动控制自平衡调整,以期在恶劣环境中获得一个相对舒适的驾乘效果。
3.设计(论文)的主要内容(理工科含技术指标):
自主设计一个典型的基于微处理器的车辆自平衡座椅电动控制系统,含以下部分及功能:
I.典型51内核的单片机系统软件(推荐采用STC系列8051)。
II.车辆座椅三自由度运动状态检测及转换(推荐采用MMA7260QT三轴加速度传感器)。
III.2路座椅自平衡调节电机控制算法。
IV.3-6键坐姿及位置调节子程序。
V.常规可靠性设计。
4.设计的基本要求及进度安排(含起始时间、设计地点):
毕业设计(论文)工作12年12月日起至13年月日止
毕业设计(论文)进行地点:
未央校区教1A楼312室
作为毕业设计,应完成以下工作:
I.熟练掌握专业电工、电子(模、数)技术。
II.了解掌握车辆自平衡座椅电动控制系统结构、控制原理等。
III.熟练掌握MCS-51系列单片机工作原理及应用技术。
(月上旬前)
IV.系统软件设计。
V.系统软件通过计算机编辑、编译。
(月下旬前)
VI.在通过仿真软调的基础上,进行系统联机调试。
(月下旬前)
VII.写出毕业论文(电子版)。
(月上旬前)
5.毕业设计(论文)的工作量要求:
I.论文(字数):
2-3万字
II.外文翻译(字数):
5000字以上
①实验(时数)*或实习(天数):
20天
②图纸(幅面和张数)*:
SCH、PCB图(A4图幅4份以上)
③其他要求:
参考文献(篇数):
15篇以上(含3篇以上外文)
指导教师签名:
年月日
学生签名:
年月日
系(教研室)主任审批:
年月日
说明:
1本表一式二份,一份由学生装订入附件册,一份教师自留。
2带*项可根据学科特点选填。
车辆自平衡座椅电动控制系统——软件部分
摘要
当今社会,汽车已经成为我们生活中不可缺少的交通工具。
作为一种交通工具,其各种安全性和人性化的特点已经深深融入我们的生活中,与我们的感受息息相关。
传统的汽车座椅整体相对车身是比较固定的,当汽车在转弯行驶或者在颠簸的路上行驶时,这种相对固定的座椅会将汽车行驶中产生的离心力传递给乘客,从而极大的影响了驾驶员和乘客的舒适性和安全性。
自平衡座椅可以弥补普通车辆座椅的不足,在汽车行驶过程中,通过系统电动控制,使座椅自动调整,确保驾驶员在任何时候都能与地面保持一个相对平衡的姿态。
用单片机、加速传感器、模拟数字电子技术等,实现车辆转弯行驶或者在颠簸的路上行驶时所产生的倾斜通过加速传感器传递给单片机,由单片机控制电机并驱使座椅与地面保持在一个相对平衡的位置,同时可有3-6的坐姿按键来控制座椅横向、纵向的四种角度调节,从而确保驾驶员的书舒适性和安全性。
关键词:
车辆自平衡;电动控制;角度调节
Vehicle-thebalancedseatelectriccontrolsystem——
thesoftwarepart
Abstract
Today'ssociety,carshavebecomeindispensableinourlivestransport.Asameansoftransport,securityandhumancharacteristicshasbeendeeplyintegratedintoourlives,andourfeelingsarecloselyrelated.Traditionalcarseatasawholerelativetothebodyisrelativelyfixed,whenthecarincorneringordrivingonbumpyroad,thisfixedrelativetotheseatofthecarswiththecentrifugalforcegeneratedispassedtothepassengers,greatlyaffectthedriverandpassengercomfortandsafety.Self-balancingseatcanmakeupforthelackofordinaryvehicleseat,electriccontrolsysteminthevehiclewastheseatautomaticallyadjuststoensurethatthedriverwiththegroundatalltimesmaintainarelativelybalancedposture.
Microcontroller,accelerationsensors,analog-to-digitalelectronictechnology,passedthroughtheaccelerationwhenthevehicleiscorneringordrivingonbumpyroadtilttothemicrocontroller,controlledbythemicrocontrollermotoranddrivingseattothegroundinarelativelybalancedposition,while3-6seatedkeystocontroltheseattransverselytothelongitudinaldirectionofthefourangleadjustment,soastoensurethecomfortandsafetyofthedriver'sBook.
Keywords:
vehicleself-balancing;electriccontrol;angleadjustment
1绪论
1.1国内外自平衡机械研究状况
日本是世界上最早研究自平衡机械的国家之一。
早在二十世纪八十年代,日本国内就做出了一个重心在上的两轮自平衡机器,由电动机、控制芯片和多个陀螺仪组成了它的控制系统。
由于当时的芯片计算能力比较低,传感器的采样精度和采样速率都比较低,这个机器只能沿着预先设定好的轨迹行驶。
国内对自平衡控制技术的研究幵始于上世纪九十年代,并且在本世纪初也取得了一些成绩。
1.2国内外两轮自平衡电动车硏究概况
从自平衡机械发展到自平衡电动车,其中所用的控制理论都是自平衡控制技术,但其不同之处存在于两点:
一、自平衡电动车是用于载人的,所以对系统有很高的安全性要求;二、用于载人的自平衡电动车,由于驾驶其行驶的人不同而需要自平衡的质量也不同,其质量是个变量,所以相对于质量恒定的自平衡机械其控制系统更为复杂。
科研单位和企业对两轮自平衡电动车的研究不仅促进了自平衡控制技术的发展,而相对应的自平衡控制技术的发展也给自平衡电动车的发展带来了巨大的进步。
国外对自平衡电动车的研究始于二十世纪八十年代末,日本东京电信大学自动化系的山藤一雄教授提出了一个类似于自平衡车的智能控制器的设计概念,并在1996年成功在日本申请了专利,随着自平衡控制技术和自平衡电动车的不断发展,国内外研究人员在最近二三十年间取得了一系列的科研成果。
2002年,法国Valenciennes大学研发出了基于两轮自平衡机器人控制概念的两轮自平衡电动车一城市出租车B2。
B2作为城市出租车,具有体积小,并且采用清洁能源作为动力,很适合人类的发展需求。
同年,丹麦乐高公司的SteveHassenplug设计了一种取名为LEWAY的自平衡玩具,该样机只有手掌大小。
它采用了当时流行的红外测距仪来反馈机器人的姿态信号,通过差动传动方式来实现控制,并且设置了无线接口;该产品具有可实现远程控制、零半径转弯以及可以在倾斜平面上运动等功能,结构方面采用了模块化设计,使得安装和拆卸都很方便。
2005年,日本村田制作所本着利用最先进的制造技术来实现工厂自动化而培养技术技能的目的,开发了"村田顽童"。
制作所的控制设计师曾说:
"以村田顽童为基础的,诸如不会摔倒的自行车,不碰撞的汽车等智能产品会越来越多。
"身高只有50cm,重约5Kg的村田顽童应用了陀螺传感器和各种当时的高科技产品,最终以完成停而不倒,在坡道上行驶和汽车通过S型平衡木等多项技能征服了世界人民的眼睛。
经过村田制作所研究人员的努力,又研制出了独轮玩具车"村田婉童",其身高也是50cm,体重约为6Kg,同样也完成了停而不倒,坡道行驶,跟随行走和平衡木行走等高难度动作。
2003年初,由美国DeanKamen研究的两轮自平衡单车面市,是世界上第一台可以载人的两轮自平衡电动车,取名为SegwayHTil67。
该车通过使用精密的陀螺仪传感器来代替人类的前庭和耳蜗等人类平衡器官,以电动机和车轮代替人类的双脚,以主控制器来代替人类的大脑进行判断,发展所谓的"动态平衡"来实现。
Segway于2004年10月发布了自己的又一新作:
一辆四轮电动概念车"半人马号"。
随后的2005年Segway公司在SegwayHT的基础上又发布了诸如:
Cross-Terrain,XT和GolfTransporter等都市交通工具。
2009年通用汽车公司联合Segway公司在纽约宣布将来会在都市个人交通工具领域进行合作,并发布了第一款新型汽车——RU.M.A。
台湾经济部工业局于2002年幵始大量搜集关于Segway的相关资料,并提供给各个科研机构和生产厂商参考,最终于2004年在台湾国立中央大学利用模糊控制原理实现了一个两轮自平衡小车机构的自平衡控制。
2004年,中国科技大学屠动武、张培仁等研制出了两轮自平衡代步车一-FreeMover,它是一种两轮左右布置于人体脚下且具有自平衡控制系统的电动车,其结构类似于SegwayPT。
FreeMover采用了DSP微处理器,型号为TMS320LF2407作为中央控制器;用KY2000型水平仪和M0CH21A光电传感器来采集车体姿态信息;由铅蓄电池提供车体动力;用永磁直流电动机作为执行装置来驱动左右两轮。
2004年,河南科技大学制作了平衡双轮电动机的样机,2005年哈尔滨工程大学也做了有关双轮直立自平衡机器人的研究。
上述两种都基本实现了系统的自平衡控制。
最近几年,随着自平衡控制理论的发展,以及控制硬件的升级,控制器处理速度越来越快,控制理论越来越合理,关于两
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