做了一个小小的自平衡小车（更新完整版，附视频）

暑假有时间打算做个自平衡的小车，经过三个礼拜的研究查阅各种帖子和设计制作。。。这部迷你蛋黄号终于诞生了！！




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2013-8-15 17:42 上传
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刚做出来硬件的时候运行的并不顺利。。。初期碰到很多问题还烧坏了几块板子。。调参数花了两天时间，有的参数直到后来才想到要加上去的。。。

采用6050的dmp采集角度信息，pid角度闭环控制，遥控以及无线调试是用PS2的无线手柄（也就是小车的大头）

完整版视频，用AE和Vegas折腾了两天做的视频~~~~





后续：这是加上了摄像头的平衡车，带巡线功能





本人也是第一次制作小车，最开始的初衷是在淘宝上淘到一款很小的减速电机，减速比比较合适很适合做小车，更难能可贵的是它还带有跟电机转轴直连的码盘，配上光电对射管之后每秒能输出300左右的脉冲，于是决心想做一个小小的玩具，蛋黄的制作参考了WALL-E的很多元素。。。

说一下用到的元件清单：

1.减速电机两个，这个要求不高，减速比适合就行，太慢的来不及矫正角度，太快扭矩不够



2.MPU6050 三轴加速度 陀螺仪模块 ，用作角度采样的传感器，论坛里应该大部分人都是用这一款了，我没有采用融合加速度和陀螺仪的卡尔曼滤波，而是采用芯片的DMP功能，这个之后介绍



3.Arduino pro mini 的avr mega328p做主控，体积小巧io齐全，你值得拥有



4.msp430 g2231单片机，由于6050的dmp模式要占用一个中断口而328p一共只有两个外部中断，所以两个轮子的码盘中断不好分配，这里采用430采集码盘信息然后通过串口与arduino通信，如果是用卡尔曼滤波的话这个可以省略



5.3.7v锂电池，用作电源，各种废旧手机电池都能派上用场



5.ps2无线手柄，使用arduino的psx库可以方便得用ps手柄调试和操纵，手柄淘宝上大把，30块左右一个



6.L298n模块，电机驱动模块，省得自己焊板子了，买现成的也不贵，两路输出做小车必备



7.4.2v锂电池充电模块，这个是考虑到车做的比较小电池不好拆卸，要充电的话就麻烦了，所以直接把充电模块固定上去，很好用的模块还带满电指示灯，淘宝3元一个



8.蓝牙模块，用于跟安卓手机通讯，可以忽略



讲一下原理，这个很简单，论坛里很多大神都分析过，就是负反馈控制，由测量到的角度和自身平衡时的自然角度的差作为误差，控制pwm占空比输出，进而调节电机转速，往前倒就向前跑一点，反之亦然。PID算法是关键，参数的调节也是摸索了挺久才找到规律的，值得一提的是，我查阅到的大多数资料都是使用PD算法控制，也就是不加积分项I，我一开始也是按这个思路来调节，但是站立的效果很不好，一碰就倒。尝试过各种PD参数组合均没有明显改善的时候，我试着加入了I项参数，喜出望外效果相当拔群。。。后来自己分析过，由于只求站稳的时候是属于静态控制，因而积分项的引入能消除零差，效果就是，即使你把车往前推一下，它自己也会慢慢走回去保证误差近似为0。然而在动态控制中，积分项太大会引起严重的相位滞后，也就是对角度变化的不敏感，所以我们会看到在很多项目中包括飞思卡尔的自平衡小车都是采用PD控制角度，而在动态控制里面PD的效果也确实很好。所以综合考虑之后，在我这次的方案中，我选择采用两套PID参数来控制小车站立和运行。

关于PID更详细的讲解可以参考这个帖子http://www.geek-workshop.com/for ... thread&tid=1414



各模块的连接：



插arduino主板的小板子，用质量差点的洞洞板一剪成型，主要是方便拆下来用作其他用途下面那层固定的事6050的芯片

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2013-8-25 00:53 上传
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背面的样子

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L298n模块，装好重心大概就在轮轴上，小东西发热不大其实散热片可以拆掉的。下面固定用的是一张塑料卡，加502

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固定好之后的样子

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这个点机其实是带码盘的

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主控板加上去之后

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那块薄薄的是锂电池，ps3手柄用的

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装饰一下，用乐高积木做了铠甲

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基本成型了，中间那个窗口塞了颗明亮的led进去，有呼吸灯效果哦

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然后就是安装ps2手柄的接收器，在视频里有演示。说一下这个psx库的使用方法

接收器的引脚排列如图：

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2013-8-25 01:02 上传
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PS2X_lib库文件的zip文件在附件，打开实例，把引脚定义改成你自己的，就是data，command那几个，然后连好接收器，如果是3.3v可以直接连，5v的arduino最好加个ldo降压模块再连，不过我自己试过直接连上去也能用。按示例初始化之后，每次运行Psx.poll();函数会读取一次按键状态，也就是说如果你这时候是按下某个键，那么在下次刷新之前对应变量的那一位都是1，反之则为0，读取键值就是类似这样的 if (Psx.digital_buttons & psxR2) {你的代码}，组合键的使用也很简单 if (（Psx.digital_buttons & psxR2）&&（Psx.digital_buttons & psxL2）) {你的代码}。



最后说一下6050dmp的使用方法，DMP即Digital Motion Processor，MPU6050里面的一个模块，可以对原始的加速度计和陀螺仪的数据进行融合之后输出。就不需要用户进行融合了，可以减轻主控芯片的负担。



库的下载及使用方法可以参考这个帖子http://www.geek-workshop.com/for ... thread&tid=2471



最后给出我的代码。。。由于大家可能用不上430单片机以及蓝牙，所以把那部分的代码去掉了，写的有点乱仅供参考。。。





直接运行代码就行，注意dmp中断模式下6050的中断脚要接arduino的数字2脚，在获取完ypr数组之后，直接调用这几个变量就行了，关于ypr的定义给张图：

via - 极客工坊

标签: Arduino教程