查看“Microduino 自平衡小车/zh”的源代码

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==概述==
*项目名称：Microduino自平衡车
*目的：是两轮小车自动保持平衡
*难度：中高
*耗时：4小时
*制作者：Microduino Studio-ray

==材料清单==
*Microduino设备
{|class="wikitable"
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|模块||数量||功能
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|[[Microduino-Core/zh]]||1||核心板
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|[[Microduino-USBTTL/zh]] ||1||下载程序
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|[[Microduino-10DOF/zh]] ||1||获取角度

|}
*其他设备
{|class="wikitable"
|-
|公母头杜邦线||6||连接电机和Microduino
|-
|跳线||若干||连接电路
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|L298N电机驱动板||1||驱动电机
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|9V干电池||1||给电机和Microduino供电
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|9V干电池的电源线||1||连接电池和电机驱动板
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|减速电机||2||驱动电机
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|轮子||2||平衡车的轮子
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|木板||1||用于固定轮子，做为横梁
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|螺丝，螺母||若干||固定电机，轮子
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|橡皮筋||若干||固定Microduino,L298N
|-

|}

==文档==

L298N说明：[[File:l298n.pdf]]

测试程序：[https://github.com/Microduino/Microduino_Tutorials/tree/master/Microduino%20Car MicroduinoCar]

Kalman滤波函数库：[https://github.com/TKJElectronics/KalmanFilter KalmanFilter]

==调试==

*步骤一：组装固定电机，轮子于横梁，然后找四根电线连接电机。

组装好后看起来像这样：
[[File:selfBalanceCar1.jpg||600px|center|thumb]]
[[File:selfBalanceCar2.jpg||600px|center|thumb]]



*步骤二：连接L298N电机驱动板，Microduino，电机，电池。

L298N电机驱动板的引脚功能图如下：
[[File:selfBalanceCarL298N.jpg||600px|center|thumb]]
按着图中的指示把线连后看起来像这样：
[[File:selfBalanceCar3.jpg||600px|center|thumb]]


*步骤三：把连接好的电路和设备固定到平衡车的横梁上

首先先把L298N固定在横梁上，用两个橡皮筋，看起来像这样
[[File:selfBalanceCar4.jpg||600px|center|thumb]]

在本例中，我们采用9V干电池来给L298N和Microduino供电，因为此电池使用和购买很方便：
[[File:selfBalanceCar5.jpg||600px|center|thumb]]


接下来要固定Microduino了，一共有三个Microduino的模块，分别是：
**Microduino-Core
**Microduino-FT232R
**Microduino-10dof 

堆叠在一起，在这里要注意10dof的x轴的方向，因为这个例子是以x轴作为基准获取角度来控制小车平衡的，如果方向不正确，自平衡车会无法平衡的。

用来确定x轴的方向你可以在代码里获取角度的位置进行串口输出，在串口中观察x轴的角度变化，确定方向后，平移到小车的横梁上，并用橡皮筋固定好。

固定好后看起来像这样：
[[File:selfBalanceCar6.jpg||600px|center|thumb]]
[[File:selfBalanceCar7.jpg||600px|center|thumb]]
[[File:selfBalanceCar8.jpg||600px|center|thumb]]

好了，以上是硬件部分，下面是软件部分了。

*步骤四：介绍一下平衡车的基本原理:

平衡车之所以可以自己掌握平衡，首先使用了10dof里的加速度和陀螺仪测出的数据通过kalman滤波算法算出一个实时的角度。

平衡的角度是180度，如果测出的角度偏离的180通过PID进行调整输出相应的PWM值给电机，从而保持小车平衡。

PID原理有点像锅炉房里烧锅炉，首先定下来锅炉的恒定温度，比如26摄氏度，锅炉房里的墙上有一个温度计，实时测得锅炉的当时温度。

锅炉房里通常有个老大爷时不时（每十分钟看一次）的看着墙上的温度计，如果温度高了就给锅炉降温，低了就给锅炉升温。

如果让一个没有经验的年轻小伙子来管理锅炉的温度，可以想象温度表的值会上下浮动的，有经验的老大爷会把这个浮动降到最低。

其实PID就是这个烧锅炉的例子，在代码中就有这个故事的影子：
**规定的26度就是setpoint
**当前的温度就是CurrentAngle
**实际值与26度的偏差就是error
**没有经验的小伙子有点像PID中的P
**有经验的老大爷相当于PID了
**每十分钟看一次相当于PID计算的周期时间

在测试程序中看找找这些影子，体会一下PID控制吧。

*步骤五：代码中的函数说明：

Pid()//PID算法

Dof()//通过Kalman滤波计算当前角度

Motors()//控制电机转速

stop()//当角度达到180度时，电机停止

*步骤六：下载代码：

下载Kalman滤波函数到你的IDE的libraries中，重启你的IDE,下载测试代码到Microduino中。

*步骤六：观察电机旋转方向，用手倾斜小车，看看电机旋转方向是不是与倾斜方向相同，有可能是相反的，所以你需要调整电机的正负极，或者修改Motors()函数里的电机转动方向。

*步骤七：好了，看看你的小车运作的怎么样吧，有可能还不稳定吧，那就要调整P, I, D 三个参数的值了，下面是一些调整PID参数值得经验了：

网上广泛流传的PID参数调整的口诀：

参数整定找最佳，从小到大顺序查

先是比例后积分，最后再把微分加

曲线振荡很频繁，比例度盘要放大

曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳

曲线偏离回复慢，积分时间往下降

曲线波动周期长，积分时间再加长

曲线振荡频率快，先把微分降下来

动差大来波动慢。微分时间应加长

理想曲线两个波，前高后低4比1

一看二调多分析，调节质量不会低。

==结果==

平衡车已经有了自己掌握平衡的趋势了，看的出来它很努力的保持平衡，像孩子学走路一样。

==注意问题==

*注意Microduino-10dof模块x轴的方向一定要摆放正确
*注意焊接电机的导线
*代码中I2C.ino不要删除
*在给Microduino考代码时最好把5v的跳线去掉，考好代码后再接上

==视频==
http://v.youku.com/v_show/id_XNzA2NzgxMjM2.html

http://v.youku.com/v_show/id_XNzA2Nzg3Nzgw.html

http://v.youku.com/v_show/id_XNzA2Nzk0MDI0.html

http://v.youku.com/v_show/id_XNzA2Nzk4ODQ4.html


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