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基于QP框架的两轮自平衡小车的研究

李丹慧  
【摘要】:两轮自平衡小车是一种基于倒立摆原理设计而成的机器人。在我国内外都对平衡小车有很多的关注研究,小车在交通领域也有很好的发展,并且经常作为平台来研究卡尔曼滤波、神经网络等算法。本文实现的两轮自平衡小车采用使用ARM内核的STM32微处理器,使用MPU6050的加速度计和陀螺仪采集数据,再通过卡尔曼滤波或者一阶互补滤波算法处理数据得到小车的角度,进行PID控制,再通过输出PWM波来控制左右两轮编码器,从而使两轮自平衡小车在运动中达到平衡。量子平台(Quantum Platform,简称QP)是一个开源的、事件驱动的、轻量级的、基于层次式状态机的软件架构,它被用于嵌入式系统,具有实时性。QP包括轻量级的事件驱动框架(QF)、实时跟踪调试器(QS)、任务调度微内核(QK)和事件处理器(QEP)这四个部分。使用QP可以开发出具有清晰的结构的嵌入式应用程序。这篇论文主要对基于QP量子平台对两轮自平衡小车的开发工作进行了的研究,主要包括将QP嵌入式系统框架移植到STM32微控制器上,使两轮自平衡小车达到动态平衡,并将采集的角度等相关数据在小车的OLED显示屏上进行了显示。在研究过程中主要学习了QP量子平台,并且分析学习了QP的源码,并完成了QP框架在STM32微控制器上的移植,掌握了QP框架在STM32上的编程方法,以及两轮自平衡小车的开发。这篇文章首先简单介绍了两轮自平衡小车的情况和QP嵌入式系统框架,然后讲述了这项研究的现在的研究状况及对其研究的意义所在。在这以后,具体说明了使用到的有关技术,包括QP嵌入式系统框架和它的相关组件,以及两轮自平衡小车的相关知识。然后,详细讲述了QP嵌入式系统框架到STM32的移植工作,以及使用QP系统框架的两轮自平衡小车的具体实现。在论文的最后,对上文所介绍的内容进行了相应的总结并探讨了如何进一步深入研究,完善研究内容。在具体的实现中,本文将QP框架移植到STM32上,对小车的平衡、速度、转向控制功能,以及对小车倾角等相关数据的显示功能进行了相应的状态机设计和实现工作。


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