基于STM32的体感滑板系统的设计【说明书论文开题报告外文翻译】
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基于STM32的体感滑板系统的设计【说明书论文开题报告外文翻译】,基于,stm32,滑板,系统,设计,说明书,仿单,论文,开题,报告,讲演,呈文,外文,翻译
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目 录摘 要 .IIIAbstract .IV第一章 绪 论 .11.1 电动滑板的国内外发展状况 .11.2 本课题主要研究的内容 .2第二章 系统整体方案设计 .32.1 系统功能要求 .32.2 总体设计思路 .3第三章 本课题涉及的相关理论 .63.1 直流电机调速 .63.2 人体姿态检测 .73.3 PID 控制 .10第四章 系统硬件设计和实现 .124.1 人体姿态检测系统的硬件选择 .124.2 体感滑板主控制系统的硬件选择 .174.3 人体姿态检测系统的硬件设计 .234.4 体感滑板主控制系统的硬件设计 .244.5 无刷电机驱动器的硬件设计 .25第五章 系统软件设计和实现 .275.1 人体姿态检测系统的控制程序 .275.2 体感滑板主控制系统的控制程序 .285.3 MPU6050 的控制程序 .29第六章 整机系统展示 .306.1 体感滑板整机结构 .306.2 体感滑板成品展示图 .31第七章 总结与展望 .32I7.1 总结 .327.2 展望 .32参考文献 .33附录 1 系统元件清单 .34附录 2 系统原理图 .37附录 3 系统程序 .40致 谢 .71II基于 STM32 的体感滑板系统的设计摘 要如今，电子技术的发展日新月异，越来越多的新颖且时尚的代步工具逐渐融入人们的日常生活中。电动滑板作为新时代代步工具的领先者，以启动时间短、速度快、整体重量轻、便于携带等特点，越来越受人们的喜爱。因此，电动滑板的设计要求、动作性能、及体验快感也面临更多消费者的挑战。本课题是基于 STM32 的体感滑板的系统设计。该系统由人体姿态检测与滑板主控两大部分组成。人体姿态检测系统以 51 单片机为主要控制核心，硬件主要包括主从一体蓝牙模块、三轴加速度计、三轴陀螺仪、锂电池充电管理系统等。滑板主控系统以 STM32单片机为主要控制核心，硬件主要包括蓝牙模块、数码管、电机驱动单元、GPS、电池电量检测等。该系统利用 51 单片机读取陀螺仪及加速度传感器的原始数据，经过滤波及运算后得到当前人体的姿态数据，然后再通过蓝牙发送至滑板主控制系统上，STM32 单片机将当前人体姿态数据与 PWM 的数值进行关联，以驱动直流无刷电机，实现滑板的前进、后退、刹车、转向等动作。经过最终整机调试，调试结果说明该系统的设计满足了控制的要求。该系统具有速度平稳、整机重量轻、响应速度快等优点，大大节省了人力消耗，具有很高的发展空间。关键词：代步工具；电动滑板；单片机；人体姿态IIIThe System Design of Somatosensory Skateboard Based on STM32AbstractToday, The development of electronic technology is changing with each passing day.More and more new and stylish transportation gradually integrated into peoples daily lives.Electric skateboard is the leader of transportation in the new world.And it become more and more popular by the most of people as its feature of the short start-up time,fast speed,light weight and easy to carry.So what will be challenged by more consumers about electric skateboard is its design requirements, action performance and performance Experience.This paper is about the system design of somatosensory skateboard based on STM32.The system consists of two major components:body posture detection and the master control of skateboard.The main control center of body posture detection system is 51 microcontroller.And the hardware includes bluetooth module, three-axis accelerometer, three-axis gyroscope and lithium battery charge management system.STM32 microcontroller constitute the main control center of the skateboard master control.Its hardware includes bluetooth module,digital tube, motor drive unit, GPS and the detection of battery power.The system uses 51 microcontroller read the original data of the gyroscope and accelerometer and get the current posture data after filtering and calculating,then sent the data to main control system by bluetooth.STM32 MCU associate the current posture data with values of PWM,and drive Brushless Direct Current Motor to achieve the skateboard forward,backward,brakes,steering and other activities.Debugging results illustrate that the system design meet the control requirements.The advantages of this system include steady speed, light weight, fast response and so on, which greatly save the human consumption.So there is still spacious room for development.Key words: transport; electric skateboards; single chip machine body posture0第一章 绪 论1.1 电动滑板的国内外发展状况1.1.1 电动滑板的概述电动滑板，顾名思义就是将普通的人力滑板进行改造，在普通的滑板上加装上动力电池、直流电动机等装置就构成了电动滑板。以电动机的动力代替人工动力，使得运动起来更加方便和刺激。在电动滑板中不光需要动力电源和直流电动机就能驱动滑板了，还需要一个像大脑一样的控制器。电动滑板最主要特点的就是通过控制器能够随心所欲的操控。电动滑板绿色环保，快捷便利，充电高效快速，整体造型十分时尚新颖，非常适合现在提倡的绿色出行方式。电动滑板在给你带来便捷的同时，还能够给你的生活带来更大的乐趣。电动滑板充6小时电能行驶20多公里，时速最高可达32Km/h ，适用于任何年龄阶段的人群 1。1.1.2 电动滑板的背景及国内发展现状1.1.2.1 电动滑板的背景电动滑板一开始在欧美等西方国家比较流行，并且十分受到当地青少年的喜爱，无论是上班、上学、逛街等场合，他们都会随身带着电动滑板，因此电动滑板不禁被人们称为是传统交通工具的替代品。当时国内对电动滑板的熟知度并不是很高，因此电动滑板在国内的发展并不是很景气，随着国内人们对新鲜实物认知度的提高，年末时，电动滑板在国内陆续出现在城市的大街小巷 2。后来，经过电子、机械等专业的工程师的精心改进后，现如今已经成为产品化的发展，越来越多的基于电动滑板的周边产品层出不穷，例如两轮平衡车、电动滑板车等。1.1.2.2 电动滑板的国内发展现状众所周知我们国家是世界第二人口大国，是世界上最具有发展潜力的经济大国之一。在这个汽车横行，地铁穿梭的时代，早高峰、晚高峰的堵车让生活在城市的我们感到了些许疲倦与焦躁。这些问题的浮现更加剧了电动滑板的发展，因此现在越来越多的上班族选择电动滑板作为自己的代步工具，不仅脱离了传统代步工具的审美疲劳，而且使用户感到更加的自由，随心所欲穿梭在公路小道，沿途欣赏身边的风景。图1.1所展现的就是当今上班族的新出行方式。电动滑板的发展使得中国的商人们慢慢发现这个商机，目前他们正在大量的拓展该市场，仅在中国，就有上百家工厂进行电动滑板系列产品的生产及销售，产品更是远销海外。根据市场调查，2015年，国内的电动滑板销量超过了100万辆，比2013年高出10倍之多。越来越多的电动滑板企业以及销售店铺出现在城市的接头，目前生产企业规模已经1超过300多家，销售店铺更是遍布各地。电动滑板的市场已经达到互相竞争，优胜劣汰的局势 3。图 1.1 上班族的新出行方式1.2 本课题主要研究的内容通过网上查阅资料、逛电动滑板论坛或贴吧等渠道收集电动滑板的相关资料，经过仔细分析及整理，现总结出当前电动滑板的优缺点及需改进点：优点：启动时间短、速度快、噪声低、携带方便、外观时尚可印精美图案。缺点：爬坡性能较差、续航能力差、因为电池及电机的存在，使得整体重量较重，不宜长时间携带 Error! Reference source not found.。需改进点：运行平稳性、续航能力、重量、爬坡能力、启动电流、体验性。针对以上的需要改进点，并通过阅读电动滑板相关的文献，前辈们已经对电动滑板的爬坡能力、启动电流、运行平稳性等问题进行研究与分析，最后针对该问题提出解决方法，并通过实验进行验证，最终达到提升电动滑板性能指标的预期目标。本课题主要是针对电动滑板的体验性以及续航能力进行问题分析，并提出相应的解决办法。全文共分七章：第一章介绍电动滑板的概述、背景及国内发展状况；第二章介绍系统整体方案设计；第三章介绍本课题涉及的相关理论；第四章介绍系统硬件设计和实现；第五章介绍系统软件设计和实现；第六章主要对整机系统的成果进行展示；第七章主要是总结该系统的不足和对未来的展望。2第二章 系统整体方案设计2.1 系统功能要求基于STM32的体感滑板的系统设计是利用51单片机读取陀螺仪及加速度传感器的原始数据，经过滤波及运算后得到当前人体的姿态数据，然后再通过蓝牙发送至滑板主控制系统上，STM32 单片机将当前人体姿态数据与 PWM的数值进行关联，从而实现驱动直流无刷电机带动电动滑板的调速、偏航、等控制，并且要求该系统具有启动速度平稳、整机重量轻、响应速度快等优点。根据系统的目标，本控制系统的具体功能指标是：1、 根据当前人体的姿态对电动滑板的动作进行控制，如人体前倾，电动滑板加速前进；人体稍微后仰，电动滑板减速；人体左倾，电动滑板左偏航；人体右倾，电动滑板右偏航；2、 人体姿态检测系统由于外加的电源都为锂电池，需考虑当外部电压过低时，产生预警信号，即根据预警信号进行数据保存，并发送停止信号，使滑板静止；3、 调速驱动与刹车制动不能同时发生。当两种状态转换时，应先关后开，即如要制动则需先关调速驱动，反之亦然，并在状态转换间设置缓冲时间；4、 与人体姿态检测系统相同，滑板主控制系统的电源也是由锂电池提供，也需考虑欠压保护问题。如可设一个标准电压，当小于这个数值时，发出警示信号，同时需关闭调速功能；5、 同时为了防止电流过大，引起温度过高而烧坏芯片、电机，我们也需设计过流保护电路；6、 电机启动时，要求速度逐渐上升，即在2s内达到指定速度；7、 如果时间充裕，要求扩充手机控制体感滑板的功能。2.2 总体设计思路根据控制系统的具体功能要求，于是对各个功能部分进行分析与设计。整个体感滑板控制系统分为硬件电路设计和软件程序设计。硬件电路设计由人体姿态检测与滑板主控两大硬件电路组成。图2.1展现的是该系统的功能框图，对整个系统的工作过程进行了直观的描述。3锂电池充电管理5 1 单片机最小系统蓝牙发送蓝牙接收陀螺仪加速度计电池电量检测L E D 指示蜂鸣器S T M 3 2单片机最小系统电池电量检测电池电压降压系统数码管显示蜂鸣器左电机驱动右电机驱动无刷电机无刷电机图 2.1 系统整体结构框图从图2.1可知，人体姿态检测系统硬件电路主要包括蓝牙发射模块、51单片机最小系统、加速度计及陀螺仪、锂电池充电管理、电池电路检测、蜂鸣器及LED指示等。体感滑板主控制系统硬件电路主要包括蓝牙接收模块、STM32单片机最小系统、锂电池充电管理及降压电路、电机驱动单元、蜂鸣器提示及数码管显示等。蓝牙发送及接收电路是采用HC-05蓝牙通讯模块，通过 AT指令可以将该模块配置成主模式、从模式或者环回流模式。其控制方式是通过51单片机及STM32单片机的串口进行数据的交换，使用户不用了解蓝牙的协议即可完成通过蓝牙协议之间的通信。本设计使用蓝牙模块还有一个目的就是可以与手机通信，通过手机上的APP软件控制电动滑板，使得滑板的控制方式多样化，从而适用于不同的应用场合及人群。电池电压检测电路也有很多方式，如电阻分压、锂电池电压电量检测芯片等。以成本及可靠性为前提，采用精密电阻进行分压，然后通过A/D 转换电路，将电池电压进行实时采集，并进行显示。A/D转换可由带A/D功能的单片机或者A/D转换芯片完成，通过对硬件成本的预算及电路图的复杂程度考虑，决定选用一款带A/D 功能的单片机完成A/D 转化。电机驱动控制电路所完成的最大功能就是要根据遥控命令对电动滑板的速度进行调4节，本课题选用单片机控制大功率N沟道场效应管，使其工作在占空比可调的开关状态，从而高精度控制电动机的转速（PWM调速） 5。此PWM可以通过单片机端口或者其他器件组成的电路产生。PWM的占空比越大，电机转速越快 Error! Reference source not found.。以保证电机正常驱动为前提，还需要考虑到该驱动器的安全性、可靠性，如过流、欠压、短路等保护。软件程序设计主要由系统流程及各功能模块程序组成。系统流程图主要有主程序、中断部分、各功能电路初
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