基于RT-Thread和STM32的双轮自平衡机器人的设计与实现

摘要

随着计算机技术和信息技术的高速发展，嵌入式实时操作系统的开发及其应用已经成为当今热门技术之一。嵌入式操作系统是以应用为中心，软硬件可剪裁的，适用于对可靠性、功能、体积、成本、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统，具有软件代码小、高度自动化、响应快速等特点，已经广泛应用于通信、军事、航空、航天等高尖端技术及实时性和多任务要求比较高的领域中。
　　本文对基于RT-Thread和STM32的双轮自平衡小车进行了研究：分析了RT-Thread的整体架构和特性，研究了其任务之间的通信方式，并实现对硬件设备的驱动；设计并制作基于 STM32控制器的嵌入式平衡小车硬件平台，包括主控制板、电源、电机驱动、姿态传感器和无线控制等硬件模块，并将 RT-Thread移植到该平台上，设计了对各个硬件模块的驱动程序和系统整体应用任务；最后设计了机器人的PID算法，并对其参数进行调试和整定，实现了两轮平衡机器人的平稳直立和行走。
　　基于RT-Thread实时操作系统和STM32的双轮自平衡小车实验结果表明：实时操作系统RT-Thread具有良好的实时性，能长时间稳定运行；MPU5060 DMP姿态解算算法具有良好的动态特性，为小车的平稳运行提供了高精度的姿态信息。本文完成了对 RT-Thread操作系统在两轮平衡小车系统上的应用研究，系统运行良好，具有较高的稳定度和实时响应能力，对 RT-Thread操作系统在嵌入式控制领域有一定的指导作用。

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1 绪论

1.1 研究背景及选题意义

1.2 国内外研究现状

1.3 嵌入式系统

1.4 论文章节安排

2 嵌入式实时操作系统RT-Thread的分析

2.1 RT-Thread操作系统简介

2.2 RT-Thread的架构

2.3 RT-Thread的特性

2.4 线程及线程状态

2.5 线程间的通信机制

2.6 RT-Thread对Cortex M3的移植支持

2.7 本章小结

3 系统硬件电路设计

3.1 系统功能

3.2 系统硬件的总体设计

3.3 硬件电路设计

3.4 本章小结

4 基于RT-Thread的系统实现

4.1编程环境—RealView MDK

4.2 RT-Thread在STM32F103上的移植

4.3 RT-Thread设备驱动程序开发

4.4 系统应用任务

4.5 本章小结

5 系统调试与参数调整

5.1 RT-Thread操作系统移植测试

5.2 PID参数的调整

5.3 小车的整体调试

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢