小车机器人论文(编辑修改稿)

小车机器人论文(编辑修改稿)内容摘要：

术原理为例。 电容式加速度计能够感测不同方向的加速度或振动等运动状况。 其主要为利用硅的机械性质设计出的可移动机构 ， 机构中主要包括两组硅梳齿 （ Silicon Fingers）， 组固定 ， 另一组随即运动物体移动 ； 前者相当于固定的电极 ， 后者的功能则是可移动电极。 当可移动的梳 齿产生了位移 ， 就会随之产生与位移成比例电容值的改变。 当运动物体出现变速运动而产生加速度时 ， 其内部的电极位置发生变化 ， 就会反映到电容值的变化 （Δ C）， 该电容差值会传送给一颗接口芯片 （ InteRFaceChip） 并由其输出电压值。 因此 3 轴加速度传感器必然包含一个单纯的机械性 MEMS 传感器和一枚 ASIC 接口芯片两部分 ， 前者内部有成群移动的电子 ， 主要测量 XY 及 Z 轴的区域 ， 后者则将电容值的变化转换为电压输出。 加速度计测量线性运动 ， 输出加速度 ， 速度变化越快输出量越大 ， 通过三角函 长春工业大学人文信息学院毕业设计 (论文 ) 信息工程系 9 数计算可得到加速 度计与重力方向的夹角。 陀螺仪测量旋转运动 ， 输出角速度 ， 旋转越快 ， 输出量越大 ， 有了角速度数据可通过积分获得角度数据。 对比两者优缺点如表 31 所示 ： 表 31 加速度传感器和陀螺仪优缺点比较 加速度计 陀螺仪 优点 无累积误差，长时间稳定 数据噪声小，短时间内误差小 缺点 1. 加速度计对震动非常敏感，电机转动以及路面崎岖等因素所产生的震动会有很大的噪声。 2. 档加速度及运动时，其输出量是运动加速度与重力加速度混合的数据，这会严重影响角度计算的准确性。 1. 陀螺仪以及放电电路有温漂。 2. 积分会产 生累积误差，这种误差会随着事件退役而越来越严重，导致数据失效。 因此 ， 对两者的采样的数据进行数据融合 ， 取长补短 ， 用加速度传感器长时间稳定的特性 ， 弥补陀螺仪的零点漂移及 A/D 采样值单调性误差积累增长。 芯片 BMA180 应用介绍 BMA180 是一种数字输出的高精度三轴加速度传感器 ， 它可以精确的测量静态或动态加速度 ， 因为它有三条相互垂直的轴线 ， 在重力场中 ， 它可以通过重力在这三条轴上的分量来测量自身在重力场中所处的方位。 BMA180 与博世公司的其他惯性传感器一样 ， 它也是双芯片布置的。 当 x， y， z 轴上受到不同的加速度时 ， 加速度传感器会在各个方向上产生对应不同的电容特性。 BMA180 将测量的结果转换成 14 位的数字输出 ， 通过 I2C 或 SPI 总线将 14位 数据表示的测量结果发送出去。 同过给芯片发送控制字可以改变加速度传 感器的量程从 1G 到 16G 之间变化。 用一个频率在 10HZ 到 600HZ 之间可调的巴特沃斯滤波器来保证加速度的测量过程。 长春工业大学人文信息学院毕业设计 (论文 ) 信息工程系 10 图 31 BMA180模块图 微型重力加速度传感器 （ 检测 x， y， z 轴上的加速度分量 ） 前后端电路 ， 包括前端放大器和模拟预分频电路 Multipoxer， 多路转接器 14 位 A/D 转换器 数字电路部分 （ 负责补偿控制 ， 校准 ， 数字滤波 ， 功率调节 ） 中断信号产生 信号传输电路 （ I2c /SPI） 另外还有电源复位模块 ， 时钟发生器等其他模块。 芯片 ITG3205 应用介绍 ITG3205 是世界第一个单芯片数字输出 3 轴陀螺仪 ， 广泛应用在游戏 ， 3D 鼠标 ， 3D 遥控等领域。 该器件具有更小的偏差和灵敏的温度稳定性 ， 降低了用户的校准要求 ， 比上一代产品具有更低的噪音 ， 并简化了 应用程序 ， 可更好的进行远程控制。 ITG3205 具有 3 个 16 位 ADC 输出 ， 用户可选择内部低通滤波器的带宽 ，快速 I2C 接口 （ 400KHz）。 长春工业大学人文信息学院毕业设计 (论文 ) 信息工程系 11 图 32 ITG3205模块图 三轴陀螺仪传感器 ， 每轴具有独立的 16 位 ADC 和信号处理单元 I2C 接口和串行通信 时钟 传感器数据寄存器 中断 数字输出温度传感器 偏置电压调整和低压差线性稳压器 电荷泵 I2C 总线应用介绍 BMA180 和 ITG3205 需要通过 I2C 总线连接至单 片机。 I2C（ Inter－ 长春工业大学人文信息学院毕业设计 (论文 ) 信息工程系 12 Integrated Circuit） 总线是由 PHILIPS 公司开发的两线式串行总线 ， 用于连接微控制器及其外围设备。 是微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准。 它是同步通信的一种特殊形式 ， 具有接口线少 ， 控制方式简单 ， 器件封装形式小 ， 通信速率较高等优点。 I2C 总线支持任何 IC 生产过程 (NMOS CMOS、双极性 ）。 两线 ――串行数据 （ SDA） 和串行时钟 （ SCL） 线在连接到总线的器件间传递信息。 每个器件都有一个唯一的地址识别 （ 无论是微控制器、 LCD 驱动器、存储器或键盘接口 ），而且都可以作为一个发送器或接收器 （ 由器件的功能决定 ）。 很明显 ， LCD 驱动器只是一个接收器 ， 而存储器则既可以接收又可以发送数据。 除了发送器和接收器外器件在执行数据传输时也可以被看作是主机或从机。 主机是初始化总线的数据传输并产生允许传输的时钟信号的器件。 此时 ， 任何被寻址的器件都被认为是从机。 I2C 总线特征 ： 只要求两条总线线路 ： 一条串行数据线 SDA， 一条串行时钟线 SCL； 每个连接到总线的器件都可以通过唯一的地址和一直存在的简单的主机 /从机关系软件设定地址 ， 主机可以 作为主机发送器或主机接收器 ； 它是一个真正的多主机总线 ， 如果两个或更多主机同时初始化 ， 数据传输可以通过冲突检测和仲裁防止数据被破坏 ； 串行的 8 位双向数据传输位速率在标准模式下可达 100kbit/s， 快速模式下可达 400kbit/s， 高速模式下可达 ； 连接到相同总线的 IC 数量只受到总线的最大电容 400pF 限制。 由于连接到 I2C 总线的器件有不同种类的工艺 （ CMOS、 NMOS、 PMOS、双极性 ），逻辑 0（ 低 ） 和逻辑 1（ 高 ） 的电平不是固定的 ， 它由电源 VCC 的相关电平决定 ，每传输一个数据位就产生一个时钟脉冲。 在传输数据的时候 ， SDA 必须在时钟的高电平周期保持稳定 ， SDA 的高或低电平状态只有在 SCL 线的时钟信号是低电平时才能改变。 长春工业大学人文信息学院毕业设计 (论文 ) 信息工程系 13 图 33 I2C为传输数据有效性 SCL 线是高电平时 ， SDA 线从高电平向低电平切换 ， 这个情况表示起始条件 ；SCL 线是高电平时 ， SDA 线由低电平向高电平切换 ， 这个情况表示停止条件。 起始和停止条件一般由主机产生 ， 总线在起始条件后被认为处于忙的状态 ， 在停止条件的某段时间后总线被认为再次处于空闲状态。 如果产生重复起始条件而不产生停止条件 ， 总线会一直处于忙的状态 ， 此时的起始条件 （ S） 和重复起始条件 （ Sr） 在功能上是一样的。 图 34 起始和停止条件 长春工业大学人文信息学院毕业设计 (论文 ) 信息工程系 14 姿态检测模块图 将 BMA180 和 ITG3205 通过 I2C 总线连接至单片机 ， 模块完整原理如图 35： 图 35 姿态检测模块原理图 单片机控制单元模块电路 控制原理 本次设计是以单片机为核心进行设计的。 在整个单片机姿态检测系统中 ， CPU既是运算处理中心 ， 又是控制中心 ， 是姿态检测系统中的关键器件。 本系统中选用 avr 单片机 ATMEGA328， ATMEGA 可构成真正的单片机最小应用系统 ， 缩小系统体积 ， 提高系统可靠性 ， 降低系统成本 ， 原理如 图 36。 长春工业大学人文信息学院毕业设计 (论文 ) 信息工程系 15 图 36 控制模块原理图 ATmega 328P 应用介绍 AVR 单片机是 1997 年由 ATMEL 公司研发出 增强型内置 Flash 的 RISC (Reduced Instruction Set CPU) 精简指令集高速 8 位单片机。 AVR 的单片机可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。 AVR 单片机的推出 ， 彻底打破这种旧设计格局 ， 废除了机器周期 ， 抛弃复杂指令计算机 (CISC)追求指令完备的做法 ； 采用精简指令集 ， 以字作为 指令长度单位 ， 将内容丰富的操作数与操作码安排在一字之中 (指令集中占大多数的单周期指令都是如此 )， 取指周期短 ， 又可预取指令 ， 实现流水作业 ， 故可高速执行指令。 当然这种速度上的升。