“开源平衡车/zh”的版本间的差异

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Step2
详细内容
 
(未显示7个用户的99个中间版本)
第1行: 第1行:
{| style="width: 800px;"
+
=== 详细内容 ===
|-
 
|
 
==概述==
 
*项目名称:Microduino开源平衡车
 
*目的:DIY一台属于自己的两轮自平衡小车
 
*难度:中
 
*耗时:2小时
 
*制作者:
 
*简介:
 
两轮自平衡小车是一个集多种功能于一体的综合系统,是自动控制理论与动力学理论及技术相结合的研究课题,其关键问题是在完成自身平衡的同时,还能够适应各种环境下的控制任务。本教程将指导读者基于Microduino产品模块组建一个可以遥控的自平衡小车,能够实现两轮小车平衡直立和运动的功能,用户在制作完成后,可以在该平台上进行二次开发,实现更多有趣功能。
 
  
==材料清单==
+
此部分内容维基现已停止维护,该部分的详细内容全部转移至IdeaLab网站上,请移步[https://www.idealab.cc/course/5a69513f8459d000199e6cca/class/5a56ec78d6bcf1000f49fca7 开源平衡车——制作]上进行查看。以下是IdeaLab访问流程。
*Microduino设备
 
{|class="wikitable"
 
|-
 
|模块||数量||功能
 
|-
 
|[[Microduino-Core+/zh]]||1||核心板
 
|-
 
|[[Microduino-USBTTL/zh]] ||1||下载程序
 
|-
 
|[[Microduino-Module nRF/zh]] ||1||无线通信
 
|-
 
|[[Microduino-Module Motion/zh]] ||1||检测姿态
 
|-
 
|[[Microduino-Shield Stepper/zh]] ||1||驱动连接地板
 
  
|}
+
== IdeaLab访问流程 ==
*其他设备
+
'''1、打开网址([http://www.idealab.cc/ https://www.idealab.cc/])。'''
{|class="wikitable"
 
|-
 
|模块||数量||功能
 
|-
 
|2.4G天线||1||2.4G通讯
 
|-
 
|固定板材||1||固定支撑
 
|-
 
|M2尼龙螺丝||4||固定底板
 
|-
 
|M2尼龙螺柱||4||固定底板
 
|-
 
|M2尼龙螺母||4||固定底板
 
|-
 
|短铜柱||8||固定电机
 
|-
 
|M4金属螺丝||2||固定车轮
 
|-
 
|2s锂电池(7.4V) ||1||供电
 
|-
 
|Micro-USB数据线 ||1||串口通信,下载程序
 
|-
 
|车轴连接器 ||2||连接电机轴和车轮
 
|-
 
|车轮 ||2||结构
 
|-
 
|步进电机 ||2||驱动车轮
 
|-
 
|步进电机线 ||2||连接电机和驱动板
 
|}
 
[[File:平衡车物料.jpg||1000px|center]]
 
  
==程序下载==
+
'''2、点击右上角登录按钮。'''
从以下地址下载源程序
 
'''[https://github.com/Microduino/BalanceCar_Microduino BalanceCar_Microduino]'''
 
  
==下载程序==
+
[[文件:1.png]]
===堆叠模块===
 
*将Microduino-Core+与Microduino-USBTTL叠加(无上下顺序),再通过USB数据线把Microduino-USBTTL模块与电脑连接起来。
 
===配置环境===
 
*打开Arduino IDE for Microduino环境,(搭建参考:'''[[AVR核心:Getting started/zh]]''')
 
*点击 【文件】->【打开】
 
[[File:Dl1.jpg||600px|center]]
 
浏览到项目程序地址,点击“Joypad_Balance_Reception.ino”程序打开
 
[[File:Balancecaropen1.jpg||500px|center]]
 
  
 +
'''3、登录/注册账号。'''
  
[[File:Balancecaropen2.jpg||600px|center]]
+
[[文件:2.png]]
点击“工具”,在板选项里面选择板卡(Microduino-Core+),在处理器选项里面选择处理器(Atmega644pa@16M,5V),再在端口选项里面选择正确的端口号,点击“”按钮下载程序到核心板上。
 
[[File:WiFiStationopen4.jpg||600px|center]]
 
  
 +
'''4、点击课程,在课程列表中找到《Microduino创新编程》课程并点击打开。'''
  
 +
[[文件:8.png]]
  
 +
'''5、点击“报名学习”。'''
  
==平衡车搭建==
+
[[文件:9.png]]
==='''Step1'''===
 
*按图1-1所示将'''结构-A1'''和'''结构-A2'''对接
 
[[File:Balancestep1-1.jpg||250px|center]]
 
*按图1-2所示将'''结构-B1'''和'''结构-B2'''插在'''结构-A1'''两边
 
[[File:Balancestep1-2.jpg||250px|center]]
 
*步骤1完成后组成'''小车骨架'''
 
[[File:Balancestep1-3.jpg||250px|center]]
 
==='''Step2'''===
 
*按图2-1所示将2个'''步进电机'''与'''结构-C1'''对接,再用'''铜柱'''固定好
 
'''注意:'''注意图中所示电机接口方向,两个电机接口应该对称安装。
 
[[File:Balancestep2-1.jpg||350px|center]]
 
*步骤2完成后组成'''电机组件'''
 
[[File:Balancestep2-2.jpg||350px|center]]
 
  
==='''Step3'''===
+
'''6、输入姓名。'''
*按图3-1将'''电机组件'''卡到'''小车骨架'''上,注意电机接口需要对应'''小车骨架'''的缺口,请按图中所示方向将'''电机组件'''卡入卡槽内
 
[[File:Balancestep3-1.jpg||250px|center]]
 
*'''电机组件'''卡到位后,将'''结构-B1'''卡入卡槽缺口,卡紧'''电机组件'''
 
[[File:Balancestep3-2.jpg||250px|center]]
 
*步骤3完成后组成'''小车地盘'''
 
[[File:Balancestep3-3.jpg||250px|center]]
 
==='''Step4'''===
 
*按图4-1所示将'''车轴连接器'''固定在'''步进电机'''轴上,然后将'''车轮装在'''车轴连接器'''上,然后用'''螺丝'''固定紧
 
[[File:Balancestep4-1.jpg||250px|center]]
 
*步骤4完成后小车如图4-2所示
 
[[File:Balancestep4-2.jpg||250px|center]]
 
==='''Step5'''===
 
*按图5-1所示将'''2s电池'''放在'''小车地盘'''的槽内,然后将'''结构-C2'''插在'''小车地盘'''上面,将'''结构-C3'''插在'''小车地盘'''的底部
 
[[File:Balancestep5-1.jpg||250px|center]]
 
*按图5-2说是用'''结构-A3'''、'''结构-C4'''和'''结构-C5'''卡紧小车上的部件
 
[[File:Balancestep5-2.jpg||250px|center]]
 
*步骤5完成后小车如图5-3所示
 
[[File:Balancestep5-3.jpg||250px|center]]
 
==='''Step6'''===
 
*将[[Microduino-Shield Stepper/zh]]用'''尼龙螺丝'''、'''尼龙螺柱'''和'''尼龙螺母'''固定在'''小车地盘'''顶部
 
*将2.4G天线接到[[Microduino-Module nRF/zh]]上
 
*然后将[[Microduino-Core+/zh]],[[Microduino-Module nRF/zh]]和[[Microduino-Module Motion/zh]]叠加到[[Microduino-Shield Stepper/zh]]上
 
[[File:Balancestep6-1.jpg||250px|center]]
 
*然后按以下示意图用'''步进电机线'''连接'''步进电机'''和[[Microduino-Shield Stepper/zh]],请注意两个'''步进电机线'''的接口位置。
 
[[File:Balancestep6-2.jpg||250px|center]]
 
'''注意''':在连接电机线的时候要注意方向,并稍微用力才能插入电机的接口,请按照图中方向插接。
 
[[File:Balancemotor.jpg||200px|center]]
 
==='''Step7'''===
 
*按图7-1所示将'''2s电池'''插入[[Microduino-Shield Stepper/zh]]的电池接口,小车即上电工作,扶起小车,小车即能保持平衡不倒
 
[[File:Balancestep7-1.jpg||250px|center]]
 
  
==Joypad遥控指南==
+
[[文件:5.png]]
  
*搭建过程可参考以下页面:'''[https://www.microduino.cn/wiki/index.php/Microduino-Joypad_Getting_start/zh Joypad使用指南]'''
+
'''7、点击“课程目录”。'''
  
*'''Joypad通讯模式配置'''*
+
[[文件:10.png]]
*模式配置可参考以下页面:'''[https://www.microduino.cn/wiki/index.php/Microduino-Joypad_Getting_start/zh#.E9.80.9A.E8.AE.AF.E6.A8.A1.E5.BC.8F 通讯模式配置]'''
 
**当我们使用[[Microduino-Module nRF/zh]]作为'''通讯模块'''时,Joypad对应选择'''nRF模式'''即可
 
  
*'''Joypad电池使用说明'''*
+
'''8、选择相应课程进行学习。'''
*特别要注意的是电池使用说明:'''[https://www.microduino.cn/wiki/index.php/Microduino-Joypad_Getting_start/zh#Step-2_.E7.94.B5.E6.B1.A0.E9.80.9A.E7.94.B5 电池使用说明]'''
 
  
==代码说明==
+
[[文件:11.png]]
*在“user_def.h”文件是我们的配置文件
 
*以下代码可以配置nRF模式下通道,需要保证和Joypad遥控器一致
 
*Joypad的nRF模式通道配置可参考:[https://www.microduino.cn/wiki/index.php/Microduino-Joypad_Getting_start/zh#nRF.E6.A8.A1.E5.BC.8F.E9.80.9A.E9.81.93.E9.85.8D.E7.BD.AE nRF模式通道配置]
 
<source lang = "cpp">
 
#define NRF_CHANNEL 70  //nRF通道
 
</source>
 
 
 
 
 
*以下代码可以配置油门和转向对应通道
 
*对应通道说明可参考:[https://www.microduino.cn/wiki/index.php/Microduino-Joypad_Getting_start/zh#Step-5_.E9.80.9A.E9.81.93.2F.E6.93.8D.E4.BD.9C.E8.AF.B4.E6.98.8E 通道/操作说明]
 
<source lang = "cpp">
 
#define CHANNEL_THROTTLE  2 //油门通道
 
#define CHANNEL_STEERING  1 //转向通道
 
</source>
 
 
 
 
 
*以下代码可以修正两轮的转速比例
 
**值得范围是-1到1之间
 
**设置成-1,是最大转速比反转
 
**设置成1,是最大转速比正转,
 
**如果小车不能走直线,应该将较慢的一边轮子的转速比例值降低
 
<source lang = "cpp">
 
#define motor_fixL 1  //速度修正 -1到1之间
 
#define motor_fixR 1  //速度修正 -1到1之间
 
</source>
 
 
 
 
 
==注意问题==
 
*下载程序时候最好只叠加core(core+)和USBTTL,虽然本次搭建涉及的nRF24不会引起冲突,但是别的通信模块有时会造成串口冲突,养成好习惯。
 
*Core+要叠在nRF24,USB的底下,紧贴ROBOT板。
 
*锂电池正负极别接错了,否则会烧坏电路。
 
*调试好后,实际运行时不要使用USB供电,供电电压不足,请使用电池
 
==平衡车程序说明==
 
nrf设置部分
 
<source lang="cpp">
 
  //nRF==============================
 
  SPI.begin(); //初始化SPI总线
 
  radio.begin();
 
  //此处与Joypad上设定的通道数对应
 
  network.begin(/*channel*/ 70, /*node address*/ this_node);
 
 
 
  digitalWrite(LED, HIGH);
 
  Serial.println("===========start===========");
 
</source>
 
端口设定
 
<source lang = "cpp">
 
#define MOTOR_EN  4      //PORTB,0
 
#define MOTOR1_DIR A0    //PORTA,7
 
#define MOTOR1_STEP 5  //PORTB,1
 
#define MOTOR2_DIR A1    //PORTA,6
 
#define MOTOR2_STEP 6  //PORTB,2
 
#define MOTOR3_DIR A2    //PORTA,5
 
#define MOTOR3_STEP 7  //PORTB,3
 
#define MOTOR4_DIR A3    //PORTA,4
 
#define MOTOR4_STEP 8  //PORTD,6
 
</source>
 
与遥控器进行数据交换的数组
 
<source lang="cpp">
 
struct receive_a  //接收
 
{
 
  uint32_t ms;
 
  uint16_t rf_CH0;
 
  uint16_t rf_CH1;
 
  uint16_t rf_CH2;
 
  uint16_t rf_CH3;
 
  uint16_t rf_CH4;
 
  uint16_t rf_CH5;
 
  uint16_t rf_CH6;
 
  uint16_t rf_CH7;
 
};
 
</source>
 
PID控制实现
 
<source lang="cpp">
 
// PD的实施。 DT是毫秒
 
float stabilityPDControl(float DT, float input, float setPoint,  float Kp, float Kd)
 
{
 
  float error;
 
  float output;
 
  error = setPoint - input;
 
  // Kd的两部分实施
 
  //仅使用输入(传感器)的一部分而不是设定值输入输入(T-2)最大的一个
 
  //而第二个使用该设定值,使之更有点侵略性设定点设定点(T-1)
 
  output = Kp * error + (Kd * (setPoint - setPointOld) - Kd * (input - PID_errorOld2)) / DT; // + 错误 - PID_error_Old2
 
  //Serial.print(Kd*(error-PID_errorOld));Serial.print("\t");
 
  PID_errorOld2 = PID_errorOld;
 
  PID_errorOld = input;  // 误差为Kd值是唯一的输入组件
 
  setPointOld = setPoint;
 
  return (output);
 
}
 
//P控制实现。
 
float speedPControl(float input, float setPoint,  float Kp)
 
{
 
  float error;
 
  error = setPoint - input;
 
  return (Kp * error);
 
}
 
// PI实现。 DT是毫秒
 
float speedPIControl(float DT, float input, float setPoint,  float Kp, float Ki)
 
{
 
  float error;
 
  float output;
 
  error = setPoint - input;
 
  PID_errorSum += constrain(error, -ITERM_MAX_ERROR, ITERM_MAX_ERROR);
 
  PID_errorSum = constrain(PID_errorSum, -ITERM_MAX, ITERM_MAX);
 
  output = Kp * error + Ki * PID_errorSum * DT * 0.001;
 
  return (output);
 
}
 
</source>
 
PID算法-平衡控制
 
<source lang="cpp">
 
void robot()
 
{
 
  //===============================================================
 
  timer_value = millis();
 
 
 
  // 新的DMP定位解决方案
 
  fifoCount = mpu.getFIFOCount();
 
  if (fifoCount >= 18)
 
  {
 
    if (fifoCount > 18) // 如果我们有一个以上的数据包,我们采取简单的路径:丢弃缓冲区
 
    {
 
      mpu.resetFIFO();
 
      return;
 
    }
 
 
 
    loop_counter++;
 
    slow_loop_counter++;
 
    dt = (timer_value - timer_old);
 
    timer_old = timer_value;
 
    angle_adjusted_Old = angle_adjusted;
 
    angle_adjusted = dmpGetPhi() + ANGLE_FIX;
 
    Serial.println(angle_adjusted);
 
    mpu.resetFIFO();  // 我们始终复位FIFO
 
    // 我们计算估计机器人的速度
 
    actual_robot_speed_Old = actual_robot_speed;
 
    actual_robot_speed = (speed_m[1] - speed_m[0]) / 2; // 正面:前锋
 
    // 角速度角度调整角度调整旧
 
    int16_t angular_velocity = (angle_adjusted - angle_adjusted_Old) * 90.0;
 
    // 我们利用机器人速度(T-1)或(T-2),以补偿该延迟
 
    int16_t estimated_speed = actual_robot_speed_Old - angular_velocity;   
 
    //估计速度估计过滤滤速
 
    estimated_speed_filtered = estimated_speed_filtered * 0.95 + (float)estimated_speed * 0.05;
 
  //目标角速度PIC ONTROL dt的速度估计过滤油门Kp_thr Ki_thr
 
    target_angle = speedPIControl(dt, estimated_speed_filtered, throttle, Kp_thr, Ki_thr);
 
    //有限的输出  目标角度约束目标角度最大目标角度最大目标角度
 
    target_angle = constrain(target_angle, -max_target_angle, max_target_angle);
 
 
 
    if (pushUp_counter > 0) // pushUp mode?
 
      target_angle = 10;
 
 
 
    //我们整合输出(加速度)
 
    control_output += stabilityPDControl(dt, angle_adjusted, target_angle, Kp, Kd);
 
    control_output = constrain(control_output, -800, 800); // 限制最大输出控制
 
    // 控制的转向部分的输出直接注射
 
    motor1 = control_output + steering;
 
    motor2 = -control_output + steering;  //马达2反转
 
    // 限制最大速度
 
    motor1 = constrain(motor1, -500, 500);
 
    motor2 = constrain(motor2, -500, 500);
 
 
 
    // Is robot ready (upright?)
 
    if ((angle_adjusted < 66) && (angle_adjusted > -66))
 
    {
 
      if (node_STA) // pushUp mode?
 
      {
 
        pushUp_counter++;
 
 
 
        if (pushUp_counter > 60) // 0.3 seconds
 
        {
 
          // Set motors to 0 => disable steppers => robot
 
          setMotorSpeed(0, 0);
 
          setMotorSpeed(1, 0);
 
          // We prepare the raiseup mode
 
          Kp = KP_RAISEUP;  // CONTROL GAINS FOR RAISE UP
 
          Kd = KD_RAISEUP;
 
          Kp_thr = KP_THROTTLE_RAISEUP;
 
          control_output = 0;
 
          estimated_speed_filtered = 0;
 
        }
 
        else
 
        {
 
          setMotorSpeed(0, motor1);
 
          setMotorSpeed(1, motor2);
 
        }
 
      }
 
      else
 
      {
 
        // NORMAL MODE
 
        setMotorSpeed(0, motor1);
 
        setMotorSpeed(1, motor2);
 
        pushUp_counter = 0;
 
      }
 
 
 
      if ((angle_adjusted < 40) && (angle_adjusted > -40))
 
      {
 
        Kp = Kp_user;  // Default or user control gains
 
        Kd = Kd_user;
 
        Kp_thr = Kp_thr_user;
 
        Ki_thr = Ki_thr_user;
 
      }
 
      else
 
      {
 
        Kp = KP_RAISEUP;  // CONTROL GAINS FOR RAISE UP
 
        Kd = KD_RAISEUP;
 
        Kp_thr = KP_THROTTLE_RAISEUP;
 
        Ki_thr = KI_THROTTLE_RAISEUP;
 
      }
 
    }
 
    else  // Robot not ready, angle > 70º
 
    {
 
      setMotorSpeed(0, 0);
 
      setMotorSpeed(1, 0);
 
      PID_errorSum = 0;  // Reset PID I term
 
      Kp = KP_RAISEUP;  // CONTROL GAINS FOR RAISE UP
 
      Kd = KD_RAISEUP;
 
      Kp_thr = KP_THROTTLE_RAISEUP;
 
      Ki_thr = KI_THROTTLE_RAISEUP;
 
    }
 
 
 
  }
 
}
 
</source>
 
遥控器数据接收后选择数据控制平衡车的前后与左右
 
<source lang="cpp">
 
    float * _i = _speed;
 
      //CH1,CH0,CH7对应之前的发送/接收部分定义的数组
 
    _i[0] = map(rec.rf_CH1, 1000, 2000, -MAX_THROTTLE, MAX_THROTTLE);
 
    _i = _turn;
 
    _i[0] = map(rec.rf_CH0, 1000, 2000, -MAX_STEERING, MAX_STEERING);
 
 
 
    node_STA = (rec.rf_CH7 > 1500 ? true : false);    //接收请求时序赋值
 
</source>
 
 
 
==Joypad程序及说明==
 
Joypad部分
 
def.h中
 
定义了
 
<source lang = "cpp">
 
uint8_t nrf_channal = 70;  //0~125
 
</source>
 
nrf_channal为nrf通信的通道,joypad和Cube小车的代码中都会有该定义
 
当通道一致时则Joypad可与Cube小车成功连接。
 
在小车代码中会有如下程序段
 
<source lang = "cpp">
 
//nRF==============================
 
  SPI.begin(); //初始化SPI总线
 
  radio.begin();
 
  network.begin(/*channel*/ 70  , /*node address*/ this_node);
 
</source>
 
在data.h中
 
<source lang = "cpp">
 
  outBuf[0] = Joy1_x;
 
  outBuf[1] = Joy1_y;
 
  outBuf[2] = Joy_x;
 
  outBuf[3] = Joy_y;
 
  outBuf[4] = map(AUX[0], 0, 1, Joy_MID - Joy_maximum, Joy_MID + Joy_maximum);
 
  outBuf[5] = map(AUX[1], 0, 1, Joy_MID - Joy_maximum, Joy_MID + Joy_maximum);
 
  outBuf[6] = map(AUX[2], 0, 1, Joy_MID - Joy_maximum, Joy_MID + Joy_maximum);
 
  outBuf[7] = map(AUX[3], 0, 1, Joy_MID - Joy_maximum, Joy_MID + Joy_maximum);
 
</source>
 
8位数组outBuf表示Joypad发出的8位数据,0位为右摇杆左右,1为右摇杆上下,2为左摇杆左右,3位左摇杆上下,4~7位对应AUX0~4
 
 
 
在nrf.h中
 
<source lang = "cpp">
 
struct send_a //发送
 
{
 
  uint32_t ms;
 
  uint16_t rf_CH0;
 
  uint16_t rf_CH1;
 
  uint16_t rf_CH2;
 
  uint16_t rf_CH3;
 
  uint16_t rf_CH4;
 
  uint16_t rf_CH5;
 
  uint16_t rf_CH6;
 
  uint16_t rf_CH7;
 
};
 
</source>
 
此处定义的send_a结构体位对应的0位要发送的数据
 
 
 
==视频==
 

2018年3月16日 (五) 03:16的最新版本

详细内容

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IdeaLab访问流程

1、打开网址(https://www.idealab.cc/)。

2、点击右上角登录按钮。

1.png

3、登录/注册账号。

2.png

4、点击课程,在课程列表中找到《Microduino创新编程》课程并点击打开。

8.png

5、点击“报名学习”。

9.png

6、输入姓名。

5.png

7、点击“课程目录”。

10.png

8、选择相应课程进行学习。

11.png