华东赛区南京师范大学三轮组先驱者队技术报告

1、第十四届“恩智浦”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告学校：南京师范大学队伍名称：先驱者参赛队员：赵泽宇 张烽春陈予哲带队教师：沈世斌张亮关于技术报告和研究论文使用授权的说明本人完全了解第 14 届“恩智浦”杯全国大学生智能汽车竞赛关保留、使用技术报告和研究论文的规定，即：参赛作品著作权归参赛者本人，比赛组委会和恩智浦半导体公司可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报参赛队员签名： 带队教师签名： 期： 2019 年 8 月 19 日日III摘要第十四届全国大学生智能车竞赛三轮变形组，要求小车实现赛道循迹、姿态变换、路障识别等功能。该车采用大赛组委会统一指定的 D 型车模，以 NXP

2、半导体公司生产的 32 位单片机 MK60FX512VLQ15 为核心控制器，在 IAR 8.32 开发环境中进行软件开发，综合基于 NXP i.MX.RT 的可编程图像识别模块和电磁传感器进行赛道信息采集。整个系统涉及硬件电路设计、控制策略、整车机械架构等多个方面。为提高在高速运行下的稳定性，进行了不同方案的设计，并使用 Matlab 进行了数据分析以及上位机的设计调试，确定了现有的整车架构和相关控制参数。车模使用 BMX055 的陀螺仪模块进行角度融合，获取车模姿态， 完成平衡直立以及三轮切换。根据多个不同位置的电感采集到的赛道信息进行路径规划，通过两轮电子差速实现转向。关键词：图像识别，

3、磁导航，姿态切换，硬件设计，软件调试V目录引言1 第一章 系统总体设计3 第二章 机械结构设计与优化5 2.1 整车布局5 2.2 传感器的设计与安装5 2.2.1 电磁传感器安装5 2.2.2 姿态安装6 2.3 系统电路板的固定及连接6 2.3.1 电路板的固定及连接6 2.3.2 电池安装7 2.3.3 姿态切换及路障识别7 第三章 硬件电路设计与优化9 3.1 传感器选择9 3.1.1 陀螺仪和加速度计的选择9 3.1.2 速度传感器的选择9 3.2 电路模块实现10 3.2.1 电源供电模块10 3.2.2 电机驱动模块11 3.2.3 最小系统模块12 3.2.4 人机交互模块13

4、 第四章 平衡车软件控制设计154.1 电磁传感器采集与处理15 4.1.1 传感器信号为模拟值15 4.1.2 传感器信号具有方向16 4.1.3 传感器信息处理16 VII4.2 姿态控制17 4.3 速度控制18 4.4 直立控制、速度控制、转向控制融合20 第五章 调试与优化23 5.1 开发软件23 5.2 MATLAB 数据处理23 5.3 调试过程24 心得体会25 参考文献27 附录 A 程序部分29 附录 B 主要技术汇总31 VIII引言全国大学生“恩智浦”杯智能汽车竞赛是以“立足培养、重在参与、鼓励探索、追求卓越”为宗旨，鼓励创新的一项科技竞赛活动。竞赛要求在规定的汽车模

5、型平台上，使用恩智浦半导体公司的微控制器作为核心控制模块，通过增加道路传感器、电机驱动模块以及编写相应控制程序，制作完成一个能够自主识别道路的模型汽车。本次比赛中，车模主要通过电感采集赛道信息进行路径检测，采用 Freescale 半导体公司生产的 32 位单片机 MK60FX512VLQ15 为核心控制器，自行设计主控板等功能电路，自主构思姿态控制，速度控制和转向控制方案进行系统设计，以引导改装后的模型赛车按照规定路线识别行进。在小车的设计制作过程中，我们对小车的整体设计布局进行了深入的研究。在软件控制算法，我们尝试了经典 PID 、模糊 PID 以及串级控制。姿态控制使用卡尔曼滤波。速度控

6、制也进行了多种控制方案的实验，最终使用 PI 控制达到了良好的控制效果。在硬件机械方面主要对小车质量分布，传感器架设等进行了多种尝试。在这份报告中，我们将会具体在小车的硬件电路设计，机械结构以及控制策略进行介绍。1第一章系统总体设计MK60FX512VLQ15 微处理器通过采集电感的信号，综合视觉模块得到赛道边沿息；通过采集陀螺仪和加速度计的模拟信号,经过四元数解算得到车身倾角姿态状态数据；通过采集光电编码器对车轮转速的脉冲计数得到行进数据；通过TOF 测距模块获得前方路障距离信息。通过微处理器对图像处理，对角度、速度进行 PID 控制，最后以 PWM 波输出驱动电机，实现直立车的直立、转向、

7、切换和速度控制。系统总体概述如图 1.1。 电磁传感器视觉模块编码器TOF 测距 陀螺仪 MK60FX512VLQ 速度 控制转向控制直立控制 电机图 1.1 系统组成框图3 第二章机械结构设计与优化2.1 整车布局 图 2.1 车模实物图 遵照本届竞赛规则规定，智能汽车系统采用飞思卡尔的32 位微控制器MK60FX512VLQ15 单片机作为核心控制单元用于智能汽车系统的控制。电感、恩智浦视觉模块及 TOF 采集赛道信息，返回到单片机作为转向控制的依据。主控输出 PWM 波控制电机的转速以锁定赛道。通过多次对 D、E 车对比尝试，我们发现 D 车模齿轮咬合度、耐磨性高；底盘质地坚硬，车子容易

8、控制；轮胎易于处理，与赛道摩擦力大，有利于车子速度的提升，故选用 D 车模作为比赛车模。2.2 传感器的设计与安装车模中的传感器包括有：电磁传感器，基于 NXP 的可编程图像识别模块， 速度传感器，TOF 距离传感器，车模角度传感器等。电磁传感器使用 7 个，速度编码器采用 mini1024J 型 10 位精度无限角度绝对式编器车模角度传感器采用BMX055 陀螺仪模块进行角度融合。下面分别介绍部分传感器的安装。5第十四届“恩智浦”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告 2.2.1 电磁传感器安装对于小车来说，电磁传感器的安装影响到采集信息的准确性。在保证强度及稳定性的基础上，我们采用了如图 2.2

9、 的安装方法。支撑件采用碳素管，固定件包括金属底座和 PLA 结构件。在安装过程中，我们注意碳素杆倾角保证其采集到的信息与程序的算法相配合。图 2.2 电感安装示物图 2.2.2 姿态安装 图 2.3 姿态模块安装示物图 车模角度传感器包括陀螺仪和加速度计。我们将他们单独固定在一块结构件上，然后与车身相固定，为了减少底盘晃动产生的影响，我们将姿态模块牢固地安装在了底盘的最低端，从而保证检测数据的可靠性。最终安装示意图如图 2.3所示。6第二章 机械结构设计与优化 2.3 系统电路板的固定及连接2.3.1 电路板的固定及连接PCB 主控板的安装也要考虑对重心、机械零点的影响。综合考虑之后，我们将

10、电路板设计到最小嵌入电机上方车体中。为了使小车具有较好的稳定性及转向性能，我们在搭建小车时即尽量降低小车重心。2.3.2 电池安装 图 2.4 电池安装示物图 为了实现最大限度的使用 30cm 的长度，提高小车运行的极限速度，我们使用了铝合金的结构件，将电池竖直固定，最大程度地利用车体规定范围内的长度。7第十四届“恩智浦”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告 2.3.3 姿态切换及路障识别图 2.5 伺服电机及识别模块安装示物图 规则要求车子在断路区进行姿态切换，这就需要对断路区的稳定识别，经过多次尝试，我们采用基于 NXP i.MX.RT 的可编程图像识别模块对断路区进行识别。识别模块可对断路区

11、蓝色广告布进行色彩识别，读出其色彩 LAB 数值进行稳定判断。同时，TOF 模块可以配合识别模块对红色路障进行识别，在规定区域完成绕障动作。由于小车要兼顾平衡和三轮两种模式，使用舵机调整铁制配重可以满足两种姿态对车子的重心要求。在平衡模式，配重置于后方以维持平衡姿态的机械零点；在三轮模式，配重置于前方以抑制三轮姿态的抬头现象，提高加速性能。 8第三章 硬件电路设计与优化我们主要从系统的稳定性、可靠性、高效性、实用性、简洁等方面来考虑硬件的整体设计。3.1 传感器选择3.1.1 陀螺仪和加速度计的选择MPU6050 为全球首例集成六轴传感器的运动处理组件，内置了运动融合引擎，用于手持和桌面的应用

12、程序、游戏控制器、体感遥控以及其他消费电子设备。它内置一个三轴 MEMS 陀螺仪、一个三轴 MEMS 加速度计、一个数字运动处理引擎（DMP）以及用于第三方的数字传感器接口的辅助 I2C 端口。当辅助 I2C 端口连接到一个三轴磁力计，MPU6050 能提供一个完整的九轴融合输出到其主I2C 端口。BMX055 是一个集成的 9 轴传感器，用于检测运动和旋转以及磁航向。它包括三轴加速度传感器，三轴角速率传感器和三轴地磁传感器的全部功能。BMX055 可感应手机，手持设备，计算机外围设备，人机界面，虚拟现实功能和游戏控制器的方向，倾斜，运动，加速度，旋转，震动，振动和航向。对比两款传感器后我们发

13、现，BMX055 精度更高，温漂更低，同时具有磁力计的功能，可以检测磁标，故选择 BMX055 作为姿态传感器。3.1.2 速度传感器的选择为了便于安装以及减少外围电路的复杂性，我们选取了 mini1024J 型 10 位精度无限角度绝对式编码器其特点如下：(1) 分辨率高； (2) 宽广的工作温度范围：-40 +125； (3) 抗扰性好。采用霍尔检测技术，属于无接触检测； (4) 传感器运行不受灰尘或其它杂物影响； (5) 抗抖动性好。 9第十四届“恩智浦”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告 3.2 电路模块实现3.2.1 电源供电模块首先了解一下不同电源的特点，电源分为开关电源和线性电源，

14、线性电源的电压反馈电路是工作在线性状态，开关电源是指用于电压调整的管子工作在饱和和截至区即开关状态的。线性电源一般是将输出电压取样然后与参考电压送入比较电压放大器，此电压放大器的输出作为电压调整管的输入，用以控制调整管使其结电压随输入的变化而变化，从而调整其输出电压，但开关电源是通过改变调整管的开和关的时间即占空比来改变输出电压的。从其主要特点上看：线性电源技术很成熟，制作成本较低，可以达到很高的稳定度，波纹也很小，而且没有开关电源具有的干扰与噪音，开关电源效率高、损耗小、可以降压也可以升压，但是交流纹波稍大些。电源模块对于一个控制系统来说极其重要，关系到整个系统是否能够正常工作，因此在设计控

15、制系统时应选好合适的电源模块。系统中 3.3V 电路功耗较小，考虑到姿态传感器、MCU 对于电源低纹波的要求，我们决定使用线性稳压芯片。此外，当直流电机在高速运行时的，电池作为一个恒功率源输出电流增大，势必带来输出电压减小。因此，为了提高系统工作的稳定性，我们选择了 TI 公司的 TPS7333 作为稳压芯片。TPS7333 是低压差线性电源芯片，具有完善的保护电路,包括过流、过压、电压反接保护。使用这个芯片只需要极少的外围元件就能构成高效稳压电路。与 7805、LM1117 相比具有更低的工作压降和更小的静态工作电流，更适合为姿态传感器、MCU 进行供电。具体电源管理模块原理图如图 3.1：

16、10第三章 硬件电路设计与优化 图 3.1 供电原理图 3.2.2 电机驱动模块目前常用的电机驱动有两种方式：(1)采用 N 沟道 MOSFET 和专用栅极驱动芯片； (2)采用集成电机驱动芯片。 方案一：用 N 沟道 MOSFET 管搭建全桥电路，可以使用全桥驱动器 33883，或者使用半桥驱动器 IR2104 作为驱动电路，配合低导通内阻 MOSFET，构成一个使用了由分立元件制作的直流电动机可逆双极型桥式驱动器。测试结论：使用 33883 作为驱动器时，可通过较大的电流，对 B 车模电机取得了良好的驱动效果，但是对 D 车模电机，其具有较大的死区（30%占空比开始转动），且体积、质量较大

17、，不利于小车的整体架设。使用 IR2104 作为驱动器时，其驱动能力强劲，驱动电流大，死区电压小（只需要 3%的占空比电机即可转动），具有防同臂导通、硬件死区、欠电压保护等功能，对于 D 车模电机起到了良好的驱动效果。方案二：使用集成电机驱动芯片。使用两片英飞凌公司生产的 BTN7971 构成一个全桥电路驱动电机便可驱动电机转动。驱动效果良好，外围电路简单。11第十四届“恩智浦”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告 结论：智能车系统使用的电机型号是 RS380。由于电机的供电电压固定，为了充分发挥电机的性能，提高电机灵敏性，设计了 MOS 管的电机驱动电路。经过仿真设计及制作，确定使用 IR210

18、4 驱动的 MOS 驱动电路，电流量大加减速性能卓越，选用了型号为 NTMF4833N 的贴片型 MOS 管，不仅内阻低，过电流量大(最大可通过电流 191A)，而且体积小，质量轻。设计原理图如图 3.2： 图 3.3 驱动原理图 3.2.3 最小系统模块MK60FX512VLQ15 是 K 系列 MCU。K 系列微控制器是 Cortex-M4F 系列的内核芯片。我们在选择自行制作最小系统并将其集成到主控板上，尽量减小小车质量。12第三章 硬件电路设计与优化 图 3.4 系统板原理图 3.2.4 人机交互模块在调试过程之中，我们需要实时的了解与掌握一些车的运行状态，比如说陀螺仪、加速度计的基准

19、数值，电磁传感器的 AD 转换值等，调试时用 OLED 参数显示出来，实时的监测车的状态，从而做出判断，这样很大程度的方便了对车的调试。有时候需要对参数作修改处理，如果每修改一个数据就下载一次程序的话，就会浪费时间，这时应用键盘，它就起到一个人机交互的作用。因此设计了人机交互模块，该模块主要由五向开关、OLED 显示屏、拨码开关、蓝牙接口以及蜂鸣器组成，集成在主板上，极大地方便了平时的调试以及比赛现场时对相关参数的设定。五向开关分别接上拉电阻接单片机外部中断口，方便快捷，电路简单高效， 配合拨码开关、OLED 显示屏，能更加方便调试；在调试中，使用蓝牙模块实现数据的无线传输，便于上位机调试。人

20、机交互模块原理图如图 3.5 所示。13第十四届“恩智浦”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告 图 3.5 人机交互模块电路原理图14第四章 平衡车软件控制设计平衡车软件控制部分主要有传感器信息采集与处理、姿态控制、速度控制及特殊赛道的处理。程序流程图4.1 所示：图 4.1 程序流程图 4.1 电磁传感器采集与处理在本届大赛中，三轮组的规则与上一届发生了一些变化，不再限制车模传感器，限制车模的几何尺寸，在比赛中需完成平衡和三轮的姿态切换。增加了新的赛道元素：横断路障，断路。15第十四届“恩智浦”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告 4.1.1 传感器信号为模拟值电磁组需要检测的信号为大小 100mA

21、，频率为 20KHz 的方波信号，赛道由导线铺成，导线周围分布着交变的电磁场，由于赛道的各种形状，使得磁场发生叠加，不同的赛道形状形成不同的特征磁场，如下图为十字线附近的磁场。赛道信息相对于传统黑白线具有信号可以提供模拟信息的优势，我们利用电磁赛道这种优势，完善小车控制算法，达到了较好的控制效果。图 4.2 导线周围磁场示意图 4.1.2 传感器信号具有方向性磁场是矢量，在空间的分布为具有方向性，所以传感器检测到的信号也具有特定的方向性。在实际检测的时候发现，不同方向传感器的变化规律有很大的不同，这也和磁场的分量变化规律相一致。比如，磁场垂直分量变化的比较早，但是受相邻赛道的影响较大，而磁场的

22、水平分量恰好相反。采集程序如下：ad_raw_data_nowLH += adc_once(ADC_LH,ADC_12bit);ad_raw_data_nowRH += adc_once(ADC_RH,ADC_12bit);ad_raw_data_nowLV += adc_once(ADC_LV,ADC_12bit);ad_raw_data_nowRV += adc_once(ADC_RV,ADC_12bit);ad_raw_data_nowLX += adc_once(ADC_LX,ADC_12bit);16第四章 平衡车软件控制与设计 ad_raw_data_nowRX += adc_on

23、ce(ADC_RX,ADC_12bit);ad_raw_data_nowMD += adc_once(ADC_MD,ADC_12bit);4.1.3 传感器信息处理电磁信号本身会随着偏离赛道而改变，所以采集到的每个电感信号的值反映出了每个电感偏离赛道的距离。这里的距离包括水平距离和垂直距离，所以需要结合小车行进过程电感的高度和采集的值才能计算出真正偏离赛道的距离。如图 4. 3，反映出的是电感采集值与垂直高度的关系：图 4.3 电感采集值与垂直高度的关系仿真图4.2 姿态控制加速度计可以测量地球引力作用或者物体运动所产生的加速度。车模直立时， 固定加速度计在 Z 轴水平方向，此时输出信号为零偏

24、电压信号。当车模发生倾斜时，重力加速度 g 便会在 Z 轴方向形成加速度分量，从而引起该轴输出电压变化。变化的规律为：u= kgsinkg (公式 1)式中：g 为重力加速度；为车模倾角；k 为加速度传感器灵敏度系数。当倾角比较小的时候，输出电压的变化可以近似与倾角成正比。但是由于车模本身的摆动所产生的加速度会产生很大的干扰信号，它叠加在上述测量信号上使得输出信号无法准确反映车模的倾角。17第十四届“恩智浦”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告 陀螺仪可以用来测量物体的旋转角速度。由于角速度不受车模震动影响，因此信号中噪声很小。但是由于从陀螺仪角速度获得角度信息，需要经过积分运算。如果角速度信号存

25、在微小的偏差和漂移，经过积分运算之后，会形成积累误差。这个误差会随着时间延长逐步增加，最终导致电路饱和，无法形成正确的角度信号。为此，在本系统设计中，采用卡尔曼滤波来对加速度计测出的角度和陀螺仪积分得出的角度进行融合。通过调节卡尔曼滤波器的参数，得到最后角度融合的效果。图如图 4.3 所示，将得到的角度值与角速度值进行位置式PID 中的 PD 控制，计算公式 2 如下：PWM _ Balance= Kp (Angle+ AngularSpeed) ( 公 式 2)式中:Angle 为车模角度; AngularSpeed 的车模角速度。通过适当调节 Kp 和 Td 可以使系统获得很好的稳定性。图

26、 4.3 卡尔曼融合效果图 4.3 速度控制图 4.4 PID 控制工作原理框图18第四章 平衡车软件控制与设计 PID 控制策略其结构简单，稳定性好，可靠性高，并且易于实现。其缺点在于控制器的参数整定相当繁琐，需要很强的工程经验。相对于其他的控制方式， 在成熟性和可操作性上都有着很大的优势。所以最后我们选择了 PID 的控制方式。在小车跑动中，因为不需要考虑小车之前走过的路线，所以，我们舍弃了 I 控制，将小车舵机的 PID 控制简化成 PD 控制。本方案中通过双电机的差速控制采用位置式的 PD 控制，速度闭环控制采用了增量式 PID 控制。在本方案中，使用试凑法来确定控制器的比例、积分和微

27、分参数。试凑法是通过闭环试验，观察系统响应曲线，根据各控制参数对系统响应的大致影响，反复试凑参数，以达到满意的响应，最后确定 PID 控制参数。试凑不是盲目的，而是在控制理论指导下进行的。在控制理论中已获得如下定性知识：比例调节（P）作用：是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大，可以加快调节，减少误差， 但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。积分调节（I）作用：是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数 Ti，Ti 越小，积分

28、作用就越强。反之 Ti 大则积分作用弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合，组成 PI 调节器或 PID 调节器。微分调节（D）作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。因此，可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下，可以减少超调，减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用，因此过强的加微分调节，对系统抗干扰不利。此外，微分反应的是变化率，而当输入没有变化时，微分作用输出为零。微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节规律相结合，组成 PD 或

29、PID 控制器。19第十四届“恩智浦”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告 为了测得车模的运行速度，每次在 1ms 中断程序中利用 SPI 通讯协议读取当前旋转编码器的计数值，然后与上一次计数值相减后得到当前的速度值。根据相减结果的正负号直接确定是正转还是反转。速度控制采用位置式 PID 中的 PI 控制，公式 3 如下： PWM _ Speed =Kp(SpeedError + ) （ 公 式 3）式中：SpeedError 为设定速度与实际速度之差。由于所有的控制最终都是对电机的控制，频繁的进行速度控制会影响智能车的平衡，为此对速度控制进行 100 次均分输出的平滑处理。经过实践验证， PID

30、 控制算法能够很好的控制小车的运行速度，并且在运行过程中也非常稳定。4.4 直立控制、速度控制、转向控制融合电机的转速就是平衡控制、前行和转向这三个分运动的线性叠加。把这三个分运动的控制输出量在算法中线性叠加后，通过电机转速的调节就可以同时实现平衡控制、前行和转向三个功能。控制框图如图 4.5 所示。左右电机最终输出公式 4 如下：Left_Out= PWM _Balance-PWM _Speed+PWM _TurnRight_Out=PWM _ Balance-PWM _ Speed-PWM _Turn （ 公 式 4） 式中：Left_Out 为左电机总输出量，Right_Out 为右电机

31、总输出量。 PWM_Balance 与 PWM_Speed 的线性叠加实现了智能车的直立控制与速度控制融合，当转向输出量 PWM_Turn 不为零时，左右电机存在电压差，从而实现智能车的转向融合。20第四章 平衡车软件控制与设计 图 4.5 控制输出合成流程图 21第五章 调试与优化5.1 开发软件程序的开发是在 IAR Embedded Workbench 下进行的，包括源程序的编写、编译和链接，并最终生成可执行文件。IAR Systems 是全球领先的嵌入式系统开发工具和服务的供应商。公司成立于 1983 年，提供的产品和服务涉及到嵌入式系统的设计、开发和测试的每一个阶段，包括：带有 C/

32、C+编译器和调试器的集成开发环境(IDE)、实时操作系统和中间件、开发套件、硬件仿真器以及状态机建模工具。 图 5.1 IAR 界面图 5.2 MATLAB 数据处理图 5.2 使用 MATLAB 拟合电感值曲线仿真图 MATLAB 是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks 公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的23第十四届“恩智浦”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告 高级技术计算语言和交互式环境，主要包括 MATLAB 和 Simulink 两大部分。在本项目中，我们主要使用 MATLAB 完成数据的可视化处理以及算法

33、仿真。我们通过采集很多组不同角度对应的电感值，使用 MATLAB 的拟合工具箱拟合电感值曲线。5.3 调试过程通过组委会提供的 IAR 编译软件的在线调试功能，可以得到大量的信息，为智能汽车的调试提供了很大的帮助。 在智能汽车的调试过程中，有针对性的开发一个便于人机交互的上位机系统， 通过简单明了的可视化界面直观的显示智能汽车的状态对调试有很大帮助。我们使用可以监测智能汽车实时状态的实时监测系统-山外多功能调试助手，大大提高了调试效率。 图 5.4 上位机图像示意图 24第五章 调试与优化 心得体会智能车竞赛是一个多学科、综合性的比赛，其中设计涉及了控制、传感技术、电子信息、模式识别、机械等多

34、个学科，在整个准备的过程中，我们不仅仅把所学的理论知识应用于实际，还自学了大量的新知识。不仅开拓了视野，使我们的动手能力、运用知识的能力、分析解决问题的能力也有了很大的提高。 本文介绍了三轮小车的整体设计方案，硬件电路设计、机械改进元器件安装、软件控制算法。在小车漫长的制作过程中，我们大量的查阅相关书籍和资料。认真的分析我们在前四届平衡车中与强队的差距所在。结合往年的经验教训，改进电路，尝试新的控制算法，并且取得了一定的成果。在硬件设计中本着稳定第一的原则，充分留足余量。在机械设计改装时，尽可能的做到简单、可靠地安装固定，可以在硬件出现问题的时候快速的拆卸更换。在设计调试中本着严谨的态度， 综

35、合考虑各种问题，提高了小车的适应性。在这个过程中，我们不断地发现问题解决问题，也走了不少弯路。从硬件电路设计 PCB 板布局，到机械调整齿轮组，再到算法优化，都凝聚着我们先驱者平衡团队的汗水。 随着智能车竞赛的影响力不断扩大，参赛队伍越来越多，竞争也越来越激烈想要脱颖而出需要的是长久的毅力，面对困难的勇气和团队协作。这次比赛，经历了那么多：从数九寒冬大家一起留校在实验室讨论方案，到炎炎夏日去电子市场购买元件。从面对各种问题时的抓狂无解到解决问题后的欣慰。但在这个过程中我们所沉淀下的知识和技能，锻炼出来的面对挑战的自信和勇气，更是一生难得的东西，也是青春中的一段回忆。每个人都有属于自己的青春故事

36、。不管我们的青春是灰暗还是灿烂，那些生命里最初的记忆是定然忘却不了的，或许直至生命的最后一刻还依然铭刻在心。 25参考文献1冯智勇, 曾瀚, 张力, 等. 基于陀螺仪及加速度计信号融合的姿态角度测量J. 西南师范大学学报, 2011, 36(4): 137-141.2康华光. 电子技术基础模拟部分M. 北京: 高等教育, 2006, 第五版.3罗华飞. .MATLAB GUI 设计学习手记M. 北京: 北京航空航天大学, 2010.4谭浩强. C 程序设计M. 北京: 清华大学, 2003.5罗华飞. MATLAB GUI 设计学习手记M. 北京: 北京航空航天大学, 2010.6梁慧冰, 孙炳达编著. 现代控制理论M. 北械工业, 2007, 第二版.7屠运武, 徐俊艳, 张培仁, 等. 自平衡控制系统的建模与仿真J. 系统仿真学报,2004,4(16):839-841.8沈长生常用电子元器件使用一读通M北京人民邮电20049张文春. 汽车理论M北械工业200510 徐向民Altium Designer 快速入门（第 2 版）M北京：航空天大学2011 .11 张笑天，杨奋强MATLAB7.x