臺灣博碩士論文加值系統

近年來隨著科技日新月異的進步，環境汙染與全球暖化的現象日益嚴重，不但促進了電動車市場蓬勃發展，也進而帶動了靈活性更好、體積更小的兩輪平衡車之發展。兩輪平衡車行走穩定，操控靈活，可以在室內和戶外使用，所以在軍用或民用市場中扮演相當重要的角色。
本論文主要透過陀螺儀來判斷車身所處的姿態，再經由Arduino Mega 2560控制板將陀螺儀所回傳的姿態透過卡爾曼濾波器演算法以及PID控制器加以計算後導入至乘載平衡中，驅動直流馬達達到平衡的效果。此外並透過速度感測器、電壓感測器與GPS定位模組針對乘載平衡車行徑環境做信號的評估與分析，並將上述行車資訊導入至微控制設計與監控，再透過無線傳輸模組將這些資訊傳送至行動裝置即時顯示目前情況，達到穩定控制雙輪乘載動態平衡車的設計目的

Since the rapid progress of science and technology, environmental pollution and global warming phenomenon have been very important subjects in recent years. These promote the electric car market to more development and attraction. The flexible and small size of double wheel balanced vehicle can be used indoor or outdoor. Double wheel balanced vehicle possesses the properties of stability and easy control. Hence it plays a very important role in military or civilian market.
In this thesis, posture of vehicle is mainly judged through the gyroscope. This information will be imported to Arduino Mega 2560 control board to calculate by algorithm of Kalman filter and PID controller. The effect of load balance will be achieved by driving DC motor. Furthermore this vehicle with double wheel load can estimate and analyze the routed environment by velocity sensor, voltage (pressure) sensor, GPS positioning module. All traffic information will be imported to microcomputer for design and monitoring. Wireless transmission module is used to transfer those data to mobile device to show real-time condition of vehicle. The vehicle with double wheel load will be stabilized control for the purpose of dynamic balance.

摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 X
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機與目的 3
1.3 文獻探討 4
1.4 論文架構 6
第二章 研究架構 7
2.1 乘載平衡車之架構與工作原理說明 7
2.2 軟體架構 10
2.2.1 Arduino開發環境介面 10
2.2.2 MIT App Inventor 2開發環境介面 11
2.2.3 Processing開發環境介面 12
2.3 硬體架構 14
2.3.1 Arduino Mega 2560晶片 14
2.3.2 MPU-6050六軸陀螺儀與加速規 15
2.3.3 NEO-6M V2 GPS定位模組 16
2.3.4 Voltage Sensor電壓感測器 17
2.3.5 LM393光電對射式測速器 17
2.3.6 超大功率H橋直流馬達驅動器 18
2.3.7 高扭矩直流馬達 19
2.3.8 整體車體機構 21
第三章 研究方法 22
3.1 整體系統架構 22
3.2 兩輪平衡車姿態與平衡控制 24
3.3 PWM脈波頻寬調變 32
3.4 卡爾曼濾波器設計 34
3.5 PID控制器設計 35
3.6 手持端監控系統設計 39
第四章 模擬與實驗成果 42
4.1 軟體模擬 42
4.2 硬體實現 45
4.2.1 硬體配置 45
4.2.2 硬體電路 47
4.3 結果呈現與比較 48
4.3.1 姿態結果呈現 48
4.3.2 GPS定位模組結果呈現 51
4.3.3 電壓感測模組結果呈現 52
4.3.4 速度感測模組結果呈現 53
4.3.5 卡爾曼濾波器結果呈現 54
4.3.6 PID控制器結果呈現 55
4.3.7 GPS定位模組結果呈現於Map 58
4.3.8 手機端監控系統結果呈現 59
第五章 結論與未來展望 61
5.1 研究結論 61
5.2 未來展望 62
參考文獻 63

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