第五章，光电导引两轮自平衡智能车速度控制。本章首先通过分析智能车速度控制和直立控制的关系，给出光电导引两轮自平衡智能车速度控制算法。接着，结合3.1节的后轮驱动系统建模，对电机闭环控制算法进行设计并matlab仿真。

第六章，光电导引两轮自平衡智能车方向控制。本章首先简介了光电导引赛道路况信息的采集方法，接着给出智能车方向控制算法设计，最后给出了赛道路况识别算法的设计。

第七章，光电导引两轮自平衡智能车系统的模型建立。本章依据前三章对光电导引两轮自平衡智能车系统的直立控制、速度控制和方向控制的知识积累，对光电导引两轮自平衡智能车系统建立数学模型，并对系统进行总体仿真。

第八章，光电导引两轮自平衡智能车系统调试。本章首先介绍系统的分模块测试方法，主要是对卡尔曼滤波器和电机闭环控制的参数调试。然后介绍系统联调的过程。最后提及调试过程中遇到的问题及其解决办法。

2  光电导引两轮自平衡智能车系统总体设计

2．1  光电导引两轮自平衡智能车系统设计要求

本届智能车竞赛中，规定光电组的车模需仿照两轮自平衡车的行进方式保持直立行走，即依靠两个后轮电机驱动实现车体的直立行走。要求使用光电传感器或者指定的线阵CCD传感器进行路径检测，实现自主寻迹并在指定的赛道上高速稳定地运行。

2．2  光电导引两轮自平衡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要求可知，该系统的基本组成模块包括：车体姿态检测模块、路径检测模块（线性CCD）、后轮闭环驱动模块，另外方便调试还需要添加辅助模块：人机交互模块和蓝牙通讯模块。光电导引两轮自平衡智能车系统的总体组成结构如下：文献综述

  光电导引两轮自平衡智能车系统总体组成结构

如图2.1所示，光电导引两轮自平衡智能车主要由如下6个部分组成：

（1）单片机最小系统：该部分的作用是对系统采集的数据进行分析处理，并且对车体的直立、速度、转向作相应的算法控制，给出控制信号，是智能车的控制中心。

（2）车体姿态检测模块：该模块利用加速度计获取车体的倾角，利用陀螺仪获取车体的角速度，通过卡尔曼滤波算法将车体的倾角和角速度进行数据处理，得到较为准确的车体倾角、角速度信息，为车体的直立控制提供依据。

（3）路径检测模块：该模块利用线性CCD获取赛道路况信息，为智能车的方向控制提供依据。

（4）后轮闭环驱动模块：该模块包括了PWM脉冲产生模块、脉冲累加器模块、光电隔离、H桥功率装置、直流电机以及测速编码器，通过PWM脉冲输出来控制电机转速，并通过编码器测速将电机转速反馈给单片机，从而实现智能车速度的闭环控制。

（5）人机交互模块：该模块包括LED灯、八段数码管、4*3键盘和拨码开关，其中LED灯、八段数码管用来实时显示所需要观察的变量，4*3键盘和拨码开关用来离线设定系统参数，方便调试智能车。

（6）蓝牙通讯模块：该模块可以将智能车行驶过程中的数据实时发送至上位机，进而通过上位机观察系统的实时响应曲线，此外这些数据还可以用于算法的优化，例如采集大量车体倾角和角速度的数据，可以更为准确地调试卡尔曼滤波的参数，从而大大提高了智能车的效率。

光电导引两轮自平衡智能车的结构图如图2.2所示：

  光电导引两轮自平衡智能车的整车结构