自平衡机器人-【蛋黄物语】 作者: ncnynl 时间: March 18, 2016 分类: Arduino教程 想法: 我要评论，建议，讨论 pz_cloud 于 2016-1-3 00:39 编辑 项目简介： 后续：这是蛋黄的加强版，通过ccd摄像头有了巡线功能 蛋黄的创意来自于垃圾桶界萌神瓦力，那个吧唧吧唧到处跑的小机器人是不是给你带来很多感动呢 自平衡小车大家可能见过，但是能在手掌上跑的小小车大家玩过吗~ -------------------------------------------------------------------------------------------------- 来看看制作蛋黄需要的材料： 1.两个减速电机X2，最好带码盘这个去网上搜就能找到，码盘测速电机，很便宜的几元钱一个。用这个电机方便的地方在于，它自带码盘脉冲输出，我们可以通过读取它转动时输出的脉冲数来获取当前轮子的转速，进而控制蛋黄的前进方向和速度。 2.L298N电机驱动模块Arduino通过它来驱动电机，买这种带光耦隔离的模块很方便，体积也很小巧，正好充当蛋黄的底座。 3.Arduino mini pro 主控板一块选mini pro是因为它体积小巧，io齐全，价格还便宜，很适合做小车，你值得拥有。缺点是不像UNO那样可以直接下载程序，需要自备一根串口线，嫌麻烦的同学可以换用Arduino nano。 4.MPU6050六轴陀螺仪加速度计模块这是让小车站立起来的核心元件，我们通过它来测量小车的自身倾角，通过I2C总线与Arduino连接。一般的陀螺仪和加速度计需要进行滤波角度合成，使用起来会麻烦一些，而6050则内部集成了DMP模块帮助直接输出合成角度，Arduino开源的优势使得我们可以利用现成的DMP库方便地驱动这块芯片。 5.蓝牙串口模块一个手机通过蓝牙连接模块之后，就能直接对机器人进行串口通信了，配合手机上的上位机，就可以随心控制机器人的行动啦。蓝牙模块分为从机模块和主机模块或者主从一体机模块，区别在于从机模块只能被搜索配对，而主机则可以主动搜索，在本项目中我们用手机连接，买从模块就行，价格大概20元。 6.废旧手机电池一块3.7v的锂电池就行，各种废旧手机相机MP4的电池都麻利地翻出来吧，容量自然是越大越好，我用的是PS3手柄的内置电池。值得注意的是，如果你的Arduino事选的5V供电版，那么就需要把电池接一个5V稳压模块再给Arduino供电哦，否则电压是不够的如果是3.3V版本则可以直接把电池接Arduino的RAW脚进行供电。 升压模块一个因为锂电池3.7V的电压驱动电机会有点力不从心，所以我们加上一个升压模块保证动力。网上搜升压模块就能买到的，几元一个不贵。 8.安卓手机一部你兜里的电话~ 9.一张废旧电话卡或银行卡，502胶水一瓶，洞洞板一小块，杜邦线和排针若干用来制作车身，以及连接各个模块，塑料卡比较好加工，洞洞板也可以不用，直接用杜邦线连接各个模块再用胶水固定就行。 -------------------------------------------------------------------------------------------------- 好啦，万事俱备，来介绍一下原理~就是应用负反馈控制，由测量到的角度和自身平衡时的自然角度的差作为误差，通过一个叫做PID的控制算法来控制电机转速和转向，偏离目标角度时，往前倒就向前跑一点，往后倒就向后跑一点，只要这个过程做的足够快，参数合适，小车就能稳稳地站起来啦。也就是说我们通过MPU6050检测小车的角度作为PID函数的输入，设定一个平衡角度作为PID函数的目标值，然后把PID函数的输出作为PWM值驱动电机。 --------------------------------------------------------------------------------------------------接下来是制作过程，各模块的连接：首先是连接好arduino和陀螺仪，MPU6050的vcc和gnd接5v电源和地，SDA接arduino的A4脚，SCL接arduino的A5脚，INT接arduino数字2口。 然后用洞洞板做了一个Arduino的插座，6050藏在下面 当然也可以直接把arduino焊上去，下面那个6050芯片是用杜邦线焊上去的，直接拔插组合模块会比较方便一些。 板子背面的样子 L298n模块和两个电机的连接，用502把两个电机和L298N粘在一张电话卡上。L298N模块的四个输入口分别接arduino的数字6,7,8,9口，用来控制两个电机的正反转，L298N的两个PWM口分别接arduino的10,11口，用于调节两个电机的转速。 固定好之后的样子 接下来把刚刚粘好的电机模组跟上面的主控板拼接起来，就像这样。 再把电池塞进中间的缝隙，我用的这个PS3手柄的电池很薄。 把电源线接上各个模块，机器人的主体就完成啦~ 再接下来，让我们用乐高积木装饰一下小车，我还在机器人胸口装了一个蓝色的LED灯，可以有呼吸灯的效果哦，连接在arduino的5口，通过analogWrite()控制亮度。 这里空出来的线是用来连接PS2手柄的接收器的，但是因为我们这次是用蓝牙控制，所以就用不上啦。直接把蓝牙模块的TX,RX接到Arduino的RX，TX。 到这里为止你的小机器人应该就能动啦，但是我们还没有加上控制器和控制算法。首先把文章后面的代码下载到arduino中，需要说一下arduino pro mini的下载程序方法，没用过的同学可能会有点疑惑。其实很简单，用USB转TTL线连接arduino的串口，TTL板上的TX，RX连接pro mini的RX，TX，之后就是跟UNO一样的下载方法，选择IDE的板卡pro mini，选择串口号，点IDE的下载按钮，大概三秒之后等IDE的提示框出现橙色字样的时候按一下arduino pro mini的复位，稍等片刻就下载完成了。 然后拿出你的蓝牙模块，先用AT指令把它的通信波特率设成115200，AT指令的用法买模块时会给你资料的，这里也介绍一下，就是在蓝牙未配对的情况下，连接USB转TTL线到电脑，打开串口助手，输入以下字符（不带引号）“AT回车”如果收到OK字样就说明连接成功，然后使用各种AT命令设置蓝牙，比如“AT+BAUD7”就是把蓝牙的波特率设为115200。设好之后，连接蓝牙模块和arduino的TX，RX，注意是TX接RX，RX接TX。 然后，就是打开手机的上位机了，大家可能担心，我不会安卓编程啊，要怎么自定义发送的指令呢？这里教大家一个简便的方法~去下载一个app叫做“蓝牙串口”，安装在手机上，就可以很方便地调试蓝牙模块支持自定义按键哦。 进去app之后可以自己定义按下什么按钮发送什么数据，比如我们把下图几个按键这样设置，按下前进的时候发送a，然后arduino程序里面设置，接收到a就前进，b就后退，等等。 手机连接模块的步骤是，先打开机器人，等蓝牙模块开始闪烁之后，电机手机软件里右上角的连接，一会儿就连上了，蓝牙模块常亮。注意第一次连接的时候，要先进手机蓝牙设置里，搜索蓝牙设备，然后配对好之后，以后在蓝牙串口软件里才能选择这个设备，模块密码一般默认是1234。 接下来就用手机调整一下PID参数吧~等你的小车可以稳定地运行，之后就是你自由发挥添加你喜欢的模块的时候啦，我做过一个大号的蛋黄加上了摄像头非常炫酷~至此你就拥有了属于你的自平衡机器人了，向小伙伴炫耀去吧~ 源代码：[C] 纯文本查看 复制代码#include <PID_v1.h> #include "Wire.h" #include "I2Cdev.h" #include "MPU6050_6Axis_MotionApps20.h" MPU6050 mpu(0x68); #define center 0x7F char flag=0; char num=0; double time; signed int speeds = 0; signed int oldspeed =0; byte inByte ; // MPU control/status vars bool dmpReady = false; uint8_t mpuIntStatus; uint8_t devStatus; uint16_t packetSize; uint16_t fifoCount; uint8_t fifoBuffer[64]; signed int speedcount=0; // orientation/motion vars Quaternion q; // [w, x, y, z] quaternion container VectorFloat gravity; // [x, y, z] gravity vector float ypr[3]; // [yaw, pitch, roll] yaw/pitch/roll container and gravity vector float angle; double Setpoint, Input, Output; double kp = 18.8,ki = 185.0,kd = 0.29;//需要你修改的参数 double Setpoints, Inputs, Outputs; double sp = 0.8,si = 0,sd = 0.22;//需要你修改的参数 unsigned char dl=17,count; union{ signed int all; unsigned char s[2]; }data; volatile bool mpuInterrupt = false; // indicates whether MPU interrupt pin has gone high void dmpDataReady() { mpuInterrupt = true; } PID myPID(&Input, &Output, &Setpoint,kp,ki,kd, DIRECT); PID sPID(&Inputs, &Outputs, &Setpoints,sp,si,sd, DIRECT); void motor(int v) { if(v>0) { v+=dl; digitalWrite(6,0); digitalWrite(7,1); digitalWrite(8,1); digitalWrite(9,0); analogWrite(10,v); analogWrite(11,v); } else if(v<0) { v=-v; v+=dl; digitalWrite(6,1); digitalWrite(7,0); digitalWrite(8,0); digitalWrite(9,1); analogWrite(10,v); analogWrite(11,v); } else { analogWrite(10,0); analogWrite(11,0); } } void motort(int v) { if(v>0) { v+=dl; digitalWrite(8,1); digitalWrite(9,0); analogWrite(10,v); } else if(v<0) { v=-v; v+=dl; digitalWrite(8,0); digitalWrite(9,1); analogWrite(10,v); } else { analogWrite(10,0); } } void setup() { pinMode(6,OUTPUT); pinMode(7,OUTPUT); pinMode(8,OUTPUT); pinMode(9,OUTPUT); pinMode(10,OUTPUT); pinMode(11,OUTPUT); digitalWrite(6,0); digitalWrite(7,1); digitalWrite(8,1); digitalWrite(9,0); analogWrite(10,0); analogWrite(11,0); Serial.begin(115200); Wire.begin(); delay(100); Serial.println("Initializing I2C devices..."); mpu.initialize(); Serial.println("Testing device connections..."); Serial.println(mpu.testConnection() ? "MPU6050 connection successful" : "MPU6050 connection failed"); delay(2); Serial.println("Initializing DMP..."); devStatus = mpu.dmpInitialize(); if (devStatus == 0) { Serial.println("Enabling DMP..."); mpu.setDMPEnabled(true); Serial.println("Enabling interrupt detection (Arduino external interrupt 0)..."); attachInterrupt(0, dmpDataReady, RISING); mpuIntStatus = mpu.getIntStatus(); Serial.println("DMP ready! Waiting for first interrupt..."); dmpReady = true; packetSize = mpu.dmpGetFIFOPacketSize(); } else { Serial.print("DMP Initialization failed (code "); Serial.print(devStatus); Serial.println(")"); } Setpoint = 22.0; myPID.SetTunings(kp,ki,kd); myPID.SetOutputLimits(-255+dl,255-dl); myPID.SetSampleTime(5); myPID.SetMode(AUTOMATIC); sPID.SetTunings(sp,si,sd); sPID.SetOutputLimits(-10,70); sPID.SetSampleTime(200); sPID.SetMode(AUTOMATIC); attachInterrupt(1,speed,RISING); } void loop() { if (!dmpReady) return; // wait for MPU interrupt or extra packet(s) available if (!mpuInterrupt && fifoCount < packetSize) return; mpuInterrupt = false; mpuIntStatus = mpu.getIntStatus(); fifoCount = mpu.getFIFOCount(); if ((mpuIntStatus & 0x10) || fifoCount == 1024) { mpu.resetFIFO(); } else if (mpuIntStatus & 0x02) { while (fifoCount < packetSize) fifoCount = mpu.getFIFOCount(); mpu.getFIFOBytes(fifoBuffer, packetSize); fifoCount -= packetSize; mpu.dmpGetQuaternion(&q, fifoBuffer); mpu.dmpGetGravity(&gravity, &q); mpu.dmpGetYawPitchRoll(ypr, &q, &gravity); //从DMP中取出Yaw、Pitch、Roll三个轴的角度，放入数组ypr。单位：弧度 angle=-ypr[1] * 180/M_PI; } Inputs = speedcount; sPID.Compute(); Setpoint = 22.0+Outputs; Input = angle; myPID.Compute(); if(angle>60||angle<0) Output=0; if(flag) { motort(Output); flag=0; } else { motor(Output); } if (Serial.available() > 0) { inByte = Serial.read(); } if(inByte == 'w'){ kp+=0.5;} else if(inByte == 'q'){ kp-=0.5;} else if(inByte == 'r'){ ki+=10;} else if(inByte == 'e'){ ki-=10;} else if(inByte == 'y'){ kd+=0.01;} else if(inByte == 't'){ kd-=0.01;} else if(inByte == 'i'){ dl+=1;} else if(inByte == 'u'){ dl-=1;} else if(inByte == 's'){ sp+=0.1;} else if(inByte == 'a'){ sp-=0.1;} else if(inByte == 'f'){ si+=1;} else if(inByte == 'd'){ si-=1;} else if(inByte == 'h'){ sd+=0.01;} else if(inByte == 'g'){ sd-=0.01;} else if(inByte == 'v'){ Setpoints+=2;} else if(inByte == 'b'){ Setpoints-=2;} else if(inByte == 'n'){ Setpoints+=2; flag=1;} else if(inByte == 'm'){ Setpoints-=2; flag=1;} inByte='x'; sPID.SetTunings(sp,si,sd); myPID.SetTunings(kp,ki,kd); num++; if(num==20) {num=0; Serial.print(kp); Serial.print(','); Serial.print(ki); Serial.print(','); Serial.print(kd); Serial.print(','); Serial.print(dl); Serial.print(" "); Serial.print(sp); Serial.print(','); Serial.print(si); Serial.print(','); Serial.print(sd); Serial.print(','); Serial.println(angle); } } void speed() { if(digitalRead(6)){ speedcount+=1; } else speedcount-=1; } PID库文件： 网盘下载 PID_v1.zip http://pan.baidu.com/s/1dExdYV3 ---------------------------------------------------------------------------------预计完成时间：已完成 联系方式：593245898@qq.com www.pengzhihui.xyz --------------------------------------------------------------------------------- via - arduino中文社区 标签: Arduino教程
