在城市空氣污染和交通擁堵問(wèn)題日益嚴(yán)重的今天，平衡車因其體積小、攜帶方便、運(yùn)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到年輕人士的歡迎。作為一種新型、綠色環(huán)保的代步工具，平衡車系統(tǒng)具有典型的高階、非線性、欠驅(qū)動(dòng)、靜不穩(wěn)定等特性，對(duì)其進(jìn)行建模和姿態(tài)平衡控制的研究已成為目前機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。
正是因?yàn)槠胶廛嚦蔀楫?dāng)前年輕人追逐的熱點(diǎn)，很多工程師對(duì)平衡車的相關(guān)技術(shù)也比較感興趣，但是在實(shí)際搭建平衡車或者購(gòu)買(mǎi)套件時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)其實(shí)成本很高，動(dòng)輒需要300~400的價(jià)錢(qián)，而且搭建出來(lái)的東西塊頭很大，做好后的存放也是個(gè)問(wèn)題。這不我們快包平臺(tái)就有一位工程師獨(dú)自開(kāi)發(fā)一款模塊化迷你兩輪平衡小車，我們?cè)诖苏故窘o大家瞧瞧！
熊工是快包平臺(tái)的資深工程師，雖然之前他并不是電子行業(yè)的，但是他對(duì)這個(gè)行業(yè)非常感興趣，一直都利用空余時(shí)間不斷學(xué)習(xí)，致力于平衡小車的研究。然而在開(kāi)發(fā)前期他花了不少時(shí)間進(jìn)行器件選型，經(jīng)過(guò)三次PCB打樣后，才做出了一款非常小巧的平衡小車。這款平衡小車具有小尺寸、高模塊化且模塊可拆洗等優(yōu)點(diǎn)，其整體尺寸僅為8cm*4cm*4cm，其傳感器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，紅外遙控接收器，以及馬達(dá)和電池均是可以拆卸的模塊。
先給大家展示整體的效果。
剛才提到了模塊化的問(wèn)題，在設(shè)計(jì)中，所有可以安裝的模塊均采用模塊化處理的方式，這樣就算以后不用小車了，它的很多模塊都是可以放到別的地方繼續(xù)使用的。
再來(lái)一張分體照。
其實(shí)整個(gè)平衡小車的東西不多，由一個(gè)核心板，一個(gè)mpu6050陀螺儀加速度計(jì)，一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，兩個(gè)無(wú)刷電機(jī)減速馬達(dá)，兩個(gè)輪子，一個(gè)紅外遙控器，一塊鋰電池，一個(gè)紅外接收管等組成。
接下來(lái)給大家看看電路原理圖和PCB圖，截圖有點(diǎn)模糊，原理圖不是很難，最小系統(tǒng)+電機(jī)控制+電機(jī)電源。
熊工不是電子專業(yè)出身，所有的工具均是自學(xué)的，只是因?yàn)榕d趣。雖然平衡小車布線有點(diǎn)凌亂，但是整體的功能還是可以實(shí)現(xiàn)，大家也可以多提提意見(jiàn)，大家共同探討學(xué)習(xí)。
上面是關(guān)于硬件設(shè)計(jì)部分，接下來(lái)是軟件部分，軟件分為數(shù)據(jù)部分和控制部分：
數(shù)據(jù)部分是圍繞MPU6050傳感器展開(kāi)，分為數(shù)據(jù)獲取，濾波，數(shù)據(jù)處理。
數(shù)據(jù)獲取：STM32通過(guò)I2C和MPU6050進(jìn)行通訊，其中涉及到基礎(chǔ)的I2C通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)，在I2C基礎(chǔ)上，涉及到MPU6050各種參數(shù)的設(shè)置，比如加速度的范圍等。不同的設(shè)置獲取到的數(shù)據(jù)會(huì)不一樣并且精度也不一樣。
濾波：在獲取到原始數(shù)據(jù)后經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)化變?yōu)榻嵌龋沁@個(gè)數(shù)據(jù)是不準(zhǔn)確的，因此需要濾波處理，由于小車比較簡(jiǎn)單，濾波就用的是互補(bǔ)濾波。這樣就能獲取比較精確的數(shù)據(jù)的了。
數(shù)據(jù)處理：在濾波前需要對(duì)獲取的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這個(gè)需要一點(diǎn)點(diǎn)物理知識(shí)，還有一個(gè)就是角速度的積分操作，這個(gè)需要使用定時(shí)器來(lái)完成。
控制部分主要分為PID算法，電機(jī)驅(qū)動(dòng)
PID算法：就是比例，積分，微分這三個(gè)變量相互作用最后輸出到控制器上去。剛開(kāi)始時(shí)以為需要P就夠了，最后發(fā)現(xiàn)效果不好，在加入了D之后，效果就很好了。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)：主要設(shè)計(jì)的知識(shí)就是PWM波的控制，STM32有相關(guān)的庫(kù)操作，只需要按要求設(shè)置好就OK了。然后將PID算法產(chǎn)生的結(jié)果作為參數(shù)輸入到這里就可以實(shí)現(xiàn)控制了。
軟件部分涉及的東西不多，就算是單片機(jī)新手，花功夫肯琢磨也不會(huì)用多久時(shí)間。
為了讓大家更加清晰的看見(jiàn)整體的效果，熊工還錄了一小段小視頻。
熊工做這個(gè)小車花了不少時(shí)間，小車目前還有很多不足需要改進(jìn)，由于選型問(wèn)題，沒(méi)有找到合適的碼盤(pán)測(cè)速，所以目前這個(gè)小車還沒(méi)有車輪的速度反饋，如果解決這個(gè)問(wèn)題，小車的性能會(huì)更上一層樓，同時(shí)希望大家能多多提出意見(jiàn)。
此項(xiàng)目是熊工原創(chuàng)素材，如果想了解更多的項(xiàng)目信息，請(qǐng)將需求發(fā)送到editor@52solution.com 郵箱，謝謝！
