Microduino 自平衡小车/zh

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 模块 数量 功能 Microduino-Core 1 核心板 Microduino-FT232R 1 下载程序 Microduino-10dof 1 获取角度 其他设备 公母头杜邦线 6 连接电机和Microduino 跳线 若干 连接电路 L298N电机驱动板 1 驱动电机 9V干电池 1 给电机和Microduino供电 9V干电池的电源线 1 连接电池和电机驱动板 减速电机 2 驱动电机 轮子 2 平衡车的轮子 木板 1 用于固定轮子，做为横梁 螺丝，螺母 若干 固定电机，轮子 橡皮筋 若干 固定Microduino,L298N 文档 L298N说明： 测试程序： Kalman滤波函数库：https://github.com/TKJElectronics/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： 文件:SelfBalanceCar1.jpg 600px 文件:SelfBalanceCar2.jpg 600px 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： 文件:SelfBalanceCarL298N.jpg 600px 按着图中的指示把线连后看起来像这样： 文件:SelfBalanceCar3.jpg 600px 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 文件:SelfBalanceCar4.jpg 600px 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： 文件:SelfBalanceCar5.jpg 600px 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： 文件:SelfBalanceCar6.jpg 600px 文件:SelfBalanceCar7.jpg 600px 文件:SelfBalanceCar8.jpg 600px 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