直立控制：介绍了车模倾角和角速度的测量，设计了卡尔曼滤波算法以获得准确、平滑的车模倾角和角速度信号，并对结果进行了matlab分析。同时，根据智能车的简化模型倒立摆的受力分析，得到了两轮自平衡智能车的直立控制规律。 

速度控制：通过分析车模的速度控制和直立控制之间的关系，给出光电导引两轮自平衡智能车的速度控制算法。并设计了电机内环控制算法使电机对车模的直立控制、速度控制和方向控制的控制量之和响应得更快、更准。

方向控制：简要介绍了光电导引两轮自平衡智能车对赛道路况信息的采集方法，给出了车模方向控制规律，设计出赛道路况的识别算法并借助matlab对整个智能车系统进行了仿真，为实际调试做出准备。

第五章：光电导引两轮自平衡智能车系统调试。本章首先介绍了智能车系统的分模块测试方法。主要是车模姿态检测模块调试和电机内环控制的参数调试，通过最终的系统参数和测试曲线验证所设计的卡尔曼滤波器模型与建立的后轮驱动系统模型的正确性。另外，本章介绍了系统联调的过程，验证了建立的光电导引两轮自平衡智能车的数学模型的正确性。最后，给出了调试过程中遇到的问题及解决方法。

2  光电导引两轮自平衡智能车系统总体设计

2．1  系统需求分析

本次毕业设计以第八届“飞思卡尔”杯大学生智能车竞赛为背景，因此本次设计必须满足光电组智能车比赛的规定和要求： 

车模控制电路中的微控制器须采用飞思卡尔半导体公司的8位，16位，32位系列的微控制器，除了8位单片机每个车模可以使用2片之外，其余各系列每个车模则只能使用1片。光电平衡组使用指定的两轮车模，保持车体直立行走，检测路线的方案可以使用光电传感器，也可以使用指定的线性CCD传感器。 

本次竞赛中，要求设计的小车具有直立行走并自主寻迹的功能，能在指定跑道上高速、稳定地行驶。跑道为黑白两色，背景为白色，跑道两边各有一条黑线作为小车行进的依据。很明显，本文要设计的小车须能够在赛道上行驶且不出黑线，并在此基础上，尽可能提高小车行驶速度。

2．2  智能车系统组成结构

根据光电导引两轮自平衡智能车系统的设计需求可知，整个智能车系统的基本组成模块包括：车模姿态检测模块、电机驱动模块、路径检测模块；辅助模块包括：通信模块、人机接口模块。光电导引两轮自平衡智能车系统的总体组成结构如下图2.1 所示。

 图2.1  智能车系统结构源.自/吹冰·论\文'网·www.chuibin.com/

由图可知，光电导引两轮自平衡智能车主要由如下六个部分组成：

（1）单片机控制模块：控制传感器检测，对系统采集的数据进行分析处理，根据直立、速度、方向的控制算法做出相应的控制决策。

（2）车模姿态检测模块：利用加速度计和陀螺仪获取车模倾角和角速度信息，用卡尔曼滤波算法进行滤波，得到较为准确的数据信息，为直立控制提供依据。

（3）路径检测模块：利用线性CCD获取赛道路况信息（如直道、弯道、障碍等），为智能车的速度控制和方向控制提供依据。

（4）后轮驱动模块：获取单片机输出的占空比，以此控制左右电机转速，从而实现车模的变速、平衡、转向等功能。

（5）人机接口模块：实时显示变量，设定系统参数，实现人机交互功能。

（6）通信模块：将智能车行驶过程中的数据发送给上位机，由上位机的数字示波软件观察实时响应曲线，便于系统调试。