我的两轮自平衡车基本做完，给大伙瞧瞧~

feng741

首先特别感谢zlstone和feng_matrix两位！！谢谢你们的指点和资料！

算法：和大家的一样，一个倾角环，一个车速环。取得角度、角速度、车速、车位移四个量后经过运算送给PWM驱动电机。
硬件：
  主控：atmega16；
  角度传感器：角速度传感器(陀螺仪)ENC-03MB(直接接AD输入，未加硬件滤波)、加速度传感器MMA7260，二者kalman融合取得角度、角速度。PS：抄zlstone的，呵呵。
  电机速度传感器：每个电机两个霍尔传感器（AB相）。
  电机：型号不清楚，很常见的减速电机。额定电压6V，功率3W。
  电机驱动:L298N
  电源：变压器整流桥那种普通电源，几块钱一个。两个，电机、MCU分开供电。电机电源电压打到最高不接电机时15V多，接了电机5V多，汗。。
  显示器：LCD1602B
  遥控：电视红外遥控器


(原文件名:20110110_0101.jpg)


(原文件名:20110110_0102.jpg)


(原文件名:20110110_0103.jpg)


(原文件名:20110110_0104.jpg)
源代码 WINAVR20100110+AVRStudio4.18ourdev_610434C8FD1C.rar(文件大小:104K) (原文件名:Balance.rar)

原理图：
atmega16最小系统版ourdev_610214M89OEI.pdf(文件大小:30K) (原文件名:M16迷你板电路图.pdf)

上位机，带波形、数据显示ourdev_610318TY8G24.rar(文件大小:48K) (原文件名:串口调试.rar)

<center>
车速未滤波之前波形 (原文件名:车速未滤波之前波形.JPG)


车速10Hz低通滤波后波形 (原文件名:车速10Hz低通滤波后波形.JPG)

视频在这里http://v.youku.com/v_show/id_XMjM1OTQ3NzU2.html

feng741

现在还不是很稳，我想有两个原因，一个是参数没调到最佳，调了好久，先这样吧。再有就是电源太烂了，电机是额定6V的可实际电压空载的时候才打到5伏多一点，在平衡的时候没测，肯定更低了。

陀螺仪ENC-03是直接接AD输入端的，因为按照datasheet上边的参考电路有过冲问题，这个问题有个帖子已经讨论过，很多人都是围绕怎么补救这个问题，我来算一下为什么这样子，呵呵~如下：

高通滤波脉冲响应 (原文件名:QQ截图未命名.jpg)

因为有这个问题，会给倾角数据造成影响，所以我就去掉了滤波，直接接到AD。这样1deg/s有0.67mv，10位AD参考电压是3.36V，最小才能测到3.28mv，小于4.8deg时就测不到了。本来担心这个问题，但试了下KALMAN滤波，真是强啊！角度很精确，就这么用了。

feng741

回复【2楼】up101
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发上来看下啊，呵呵。我做的不好，不怎么稳，啥时候换个开关电源再试试。我的是纯手工制作呵呵，看那一堆线。。。

回复【3楼】elf0228 毛边纸
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有刷的，一个23元

feng741

回复【6楼】henangongda 阿勇
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车体研究了好久，没有用钢化玻璃的设备，就一直没动工。有天去打水突然看到旁边有个大的三合板，呵呵，于是乎。。
感觉车体结构也是个难点啊，要算尺寸，要打孔（先用烙铁头扎，在用螺丝刀来回钻），挺费劲的。还有支架，试用很短的铜柱，一个一个摞起来的，所有能找到的铜柱都用上了，刚好够用。

feng741

回复【8楼】henangongda 阿勇
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也想过，但手里没有，要去网上买，还有点不太结实。

feng741

回复【13楼】rezire199847 無ξ
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不知道STC那种的，我只用过STC89C51那种的，呵呵。这个车要用很多片内外设的。
AIN0:陀螺仪输入
AIN1:加速度计输入
T0：采样周期定时，算法都在这里完成；
T1：两路PWM；
T2：用作霍尔传感器T法测速（要用码盘M法测速，不需要用）、红外脉冲定时；
INT0、INT1：接霍尔传感器，采集速度
INT2：红外接收头输入信号（遥控要用无线的话，也省了）

feng741

回复【16楼】fzkqi
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我发给我同学，能运行啊。我没有用到dll，应该是你那边的问题了，呵呵。

feng741

驱动我买的模块20块，卖家没提供电路图。应该是和这个一样的http://www.ourdev.cn/bbs/bbs_content.jsp?bbs_sn=1344216&bbs_page_no=1&bbs_id=1024。都是没加光耦直接接过去的。

feng741

回复【20楼】zhengrob
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你也缺dll啊，dll文件名是什么？我系统是XP SP3你们的都是什么系统啊？动态链接库那块我还没学，可能解决不了问题。看大家能帮下不？要不像18楼找个dll。

feng741

回复【23楼】kkalizee
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我晕，叫你顶还真来顶了。。。

feng741

问题找到了，本来程序是Debug版本的，要改成正式发行版的，VC我只用了不久，是低级错误啦，呵呵。LZ位软件我重新改过了。
VC工程在这里。
上位机VC++工程源码ourdev_610317VUO0LN.rar(文件大小:4.99M) (原文件名:Curve1.rar)
写的有点乱，10.1假期写的，后边就没怎么更新了。两种显示，字符显示和调试助手相同，要用示波器的话，协议为：先发0xFD，再连续发两个字节数据，多个数据依次发下去。单片机中此段程序即为发送波形显示数据的格式：
        if(++ctr_pos==2)
        {
                ctr_pos=0;

                temp1=speed_filter*10+150;
                Putc(0xfd);
                Putc(temp1/256);
                Putc(temp1%256);
        }
数据发的不能太快（差不多要大于10ms），太快右侧字符频繁刷新界面，上位机会卡死，所以在界面上设置了禁止字符输出，用示波器时，最好选上。这个软件可以查看历史波形、数据。

feng741

自己顶一个，没人关注啦，大家对这个没什么兴趣？所有资料都有啊！~
我说下成本：
AVR最小系统版 45；
陀螺仪ENC-30MB：35；
加速度传感器MMA7260模块：48（5V/3.3V供电）；
电机+轮子+联轴器两套：96；
霍尔传感器模块（两对，每对AB相）：34；
电机驱动板：20；
遥控、显示看个人了。
45+35+48+96+34+20=278元。
所有的加一起300元吧。

feng741

哈哈，cool了！谢谢armok！
但是这个贴依然很冷清啊。。。大家在做自平衡车的，路过都顶下哈~~

此贴的价值：
1.车的成本相对来说很低；
2.所有代码，电路开源（都是模块插线，没有PCB的。。）；
3.这个上位机真的很实用。没有示波器或者不方便用示波器时候，用它显示波形很爽的，并且可以保留历史波形哦！在做此车过程中，我先后用它看了角速度、加速度、陀螺仪积分的角度、KALMAN滤波的角度、车运行过程中的角度、电机空载速度、PI闭环的空载调速曲线（此车没用速度闭环）、车位移等曲线。很直观！发送数据的协议很简单，上面已经讲过。而且代码开源的，自己可以在此基础上增加、改善一些功能。

吹牛完毕，谢谢~

feng741

回复【34楼】largolun
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不知道可不可以贴淘宝地址，有做广告的嫌疑啊。。。

都是一个店的 (原文件名:未命名.JPG)

feng741

回复【39楼】dkld_720
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是有点贵当初买的时候也看了其他店子，有像你说的很便宜的，但是你也要考虑邮费起码10元吧，那个MMA7260挺好的别看要48元，是已经做好的模块，而且有插针，可以直接插在万用版上的，你要是13块钱买个芯片的话，要是没风枪的话，不好焊吧，我是不会焊，呵呵。其他店类似的模块也要30多吧，再加个邮费也差不多了。但客观的讲，那个店确实有点点贵，但是所有东西一次性都买齐了。

做此车不是非要用AVR的，只要速度、外设够用就可以！需要的外设上边都有说。关键要懂算法！

feng741

回复【26楼】headline
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回复【31楼】tedden
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“告示：此铁门已坏，请同学们出门时，多多留意！”呵呵呵呵。此木板非本人床板，是用来做车底座的，垫在床上做实验的，床有点不平。。。

feng741

回复【44楼】lin1936 林鸿贵
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其实我也是一知半解，给你推荐篇文章
卡尔曼滤波介绍中文版ourdev_611837OCLGOY.pdf(文件大小:540K) (原文件名:kalman_intro_chinese.pdf)
卡尔曼滤波介绍英文版ourdev_611838G0F5Z1.pdf(文件大小:173K) (原文件名:kalman_intro.pdf)
文章从头开始看，看完离散卡尔曼滤波那一节，就会理解很多。后面扩展卡尔曼我看不懂，最后面举了个例子，好好看下。

卡尔曼C语言ourdev_611839GC1Z3U.txt(文件大小:7K) (原文件名:kalman.txt) 再看下这个程序。和我用的结构差不多的（我的是抄zlstone的，他貌似也是复制的，呵呵，最难的就是卡尔曼）。 下面是我的：
void Kalman_Filter(float angle_m,float gyro_m)                        //gyro_m:gyro_measure
{
        angle+=(gyro_m-q_bias) * dt;//先验估计
       
        Pdot[0]=Q_angle - P[0][1] - P[1][0];// Pk-' 先验估计误差协方差的微分
        Pdot[1]=- P[1][1];
        Pdot[2]=- P[1][1];
        Pdot[3]=Q_gyro;
       
        P[0][0] += Pdot[0] * dt;// Pk- 先验估计误差协方差微分的积分 = 先验估计误差协方差
        P[0][1] += Pdot[1] * dt;
        P[1][0] += Pdot[2] * dt;
        P[1][1] += Pdot[3] * dt;
       
       
        angle_err = angle_m - angle;//zk-先验估计
       
       
        PCt_0 = C_0 * P[0][0];
        PCt_1 = C_0 * P[1][0];
       
        E = R_angle + C_0 * PCt_0;
       
        K_0 = PCt_0 / E;//Kk
        K_1 = PCt_1 / E;
       
        t_0 = PCt_0;
        t_1 = C_0 * P[0][1];

        P[0][0] -= K_0 * t_0;//后验估计误差协方差
        P[0][1] -= K_0 * t_1;
        P[1][0] -= K_1 * t_0;
        P[1][1] -= K_1 * t_1;
       
       
        angle        += K_0 * angle_err;//后验估计
        q_bias        += K_1 * angle_err;//后验估计
        angle_dot = gyro_m-q_bias;//输出值（后验估计）的微分 = 角速度
}

我只能帮这些了，我的方向是运动控制方面，KALMAN貌似在信号分析相关专业会学的，所以我也没细看了。上述程序我是直接复制过来的，只改了采样周期，剩下一点没动（还加了点注释，呵呵）。有关KALMAN的详细解释一般都是外国网站的，中国的都是扯淡。我做这个车的目的就是想搞下PID，怎么获取角度是次要的东西。

feng741

回复【46楼】largolun
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需要两个传感器，角速度传感器（ENC-03MB）、加速度传感器（MMA7260）。AD测量并转换得两者数据，送KALMAN滤波，输出得到角度（angle）、角速度（angle_dot），就可以用了！

P.S.我不姓牛啊！

feng741

回复【51楼】largolun
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就是角速度和加速度啊！要得到角度需要卡尔曼（KALMAN）融合，可以活得很精确的角度。如果用我那段程序需要根据自己的采样周期修改dt的值，我的是6ms，所以dt=0.006。

feng741

回复【53楼】largolun
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不好意思，我搞错了。送给KALMAN的数据应该是角速度、加速度计求得的角度而不是加速度。
        acc=acc-1650;//加速度测量数据-静态值
        acc=acc/800;//这里得到角度的正弦值
        if(acc>1)//算出的值可能大于1或小于-1，是错的，所以限下幅
                acc=1;
        else if(acc<-1)
                acc=-1;
        acc=180/3.1415*asin(acc);//asin求反正弦，得出的单位是弧度，*180/pi得到角度值
        w=(gyro-1178)/0.67;//角速度值
        Kalman_Filter(acc,w);//角度，角速度。函数原型：Kalman_Filter(float angle_m,float gyro_m)

加速度计反正弦求出的角度静止时是很精确的，但是在运动（偏航就是运动吧）时由于有除重力附加的加速度，所以算出的角度将不准。角速度积分求出的角度，因为是积分，所以在累加过程中又慢慢的累计误差，慢慢得出的角度也不准了，角速度传感器本身也有温漂问题，也会造成影响。融合之后很精确。

feng741

回复【55楼】largolun
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800mv见数据手册：点击此处下载 ourdev_612056WR1X9S.pdf(文件大小:197K) (原文件名:MMA7260QT_NoRestriction.pdf)

(原文件名:QQ截图未命名3.jpg)

(原文件名:QQ截图未命名2.jpg)

除800mv得到的是多少g，假如0.2g，那么0.2g/g=0.2不就是正弦值么？然后再反正弦并把单位转成角度制。

我的AD用10位，参考电压用MMA7260模块自带的3.3V稳压电源（3.36v），参考电压越小越精确，但也别太小了。看下最大能测的加速度：（3360-1650）/800=2.1375，能测到2g多点，够用了。你用5V参考的话分辨率降低很多，也没有什么好处。MMA7260都是3.3V供电的吧，直接把电源线接到AD参考电压就行了。还有要考虑陀螺仪的量程，静态输出1.35V，由公式：
Output voltage = V0 + Sv x w [V]
V0 :Static output [V] (at angular velocity is 0 [deg/s])
Sv :Scale factor [mV/deg/s]
w : Angular velocity [angular velocity range : -90 to +90 [deg/s]
最大能测的w为 -90 to +90 极限电压为1350 + 0.67*90=1410.3,1350 - 0.67*90=1289.7，落在参考电压3.36V内，没有问题。
另外AD最小能分辨3360/1024=3.28125mv电压，对于小于此值时的角速度是无法测量的（其实挺小的），用KALMAN滤波之后的角度很精确的。

feng741

回复【57楼】ww29613025
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是辽宁科大，还是湖南科大啊？我都不是啊，，呵呵，我是工程学院的。

feng741

回复【63楼】largolun
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不懂你的意思。。。
得到角度就行了呗，还算什么“水平面的偏角”啊？

feng741

回复【65楼】flyinthesky
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加光耦是为了隔离，跟“驱动”有什么关系啊？检查接线，测试各点电压、信号是否正常。

feng741

回复【70楼】flyinthesky
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OUT1、OUT2间电压就是电机电源经过PWM斩波后的电压，你把ENA也进程高电平，就是占空比100%，这是OUT1、OUT2电压为电机电源电压回复【74楼】ZRYXY
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7260是加速度传感器，在静止时测的是重力在相应坐标轴上的加速度分量，但是在频繁变速运动时在对应坐标轴上会有运动中的额外加速度，这就给获得真实角度带来干扰了，可能可以通过补偿获得角度吧，但是应该很困难了，呵呵，但是只用陀螺仪貌似可以的，乐高的就是只用的陀螺仪，也需要补偿了。
我用到了PID，PWM=ut=Kp1*角度+Kd1*角速度+Kp2*车速+Ki2*车位移。但是和传统的PID有点不太一样，一般PID就是单输入单输出，但这里给定为角度0和车位置0，输出为角度和车位置。其实用PID是最简洁、最粗糙的方法，效果好的话都用到了现代控制，我不怎么懂，呵呵。

feng741

回复【98楼】dkld_720
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恭喜恭喜！

回复【97楼】ZRYXY
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程序没问题的，你可以把错误发上来看看。1602不出数据的话，先单独调下，要特别注意对比度调节信号！！

feng741

今天刚回学校，又要继续奋斗了！！

回复【102楼】ZRYXY
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这个问题是因为你没有定义uchar和uint两个宏，这个怨我！我图省事把这两个定义直接写在io.h中了，这样以后就直接用这两个宏就可以了，但这也让代码不可移植了。不要学我这么干，我以后也不这么干了。用的时候这样定义吧：
#ifndef uchar
#define uchar unsigned char
#endif

#ifndef uint
#define uint unsigned int
#endif
此段程序分别加在Balance_1602.c和Balance_2motors.c程序前边。
这样就OK了。通过这个错误，也知道了大家都没有运行过程序啊。。如果我有时间会把程序整理下、加些注释。

feng741

回复【114楼】Mec.Rover
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回家过了个年，回来之后有点忘记了。。
  首先要确保采集到的角度足够稳定，要没有毛刺。有微小偏差没关系，这是因为车平衡时的角度为0度，如果有点偏差，车顶多就是平衡时倾斜一点，再靠水平的速度、位移调节也不会让车动弹的！检查测量到角度的效果可以用我上边25楼提到的那段程序稍加修改。
  再就是一定要确保你的PID各项构成负反馈，如果其中任意一项构成正反馈都永远不会稳，或者只能稳定一小段时间。参数共4项，需要依次测试。

调节过程中，要时刻记住PWM量程是多少，假设为0~255，那么在调节过程中就要根据这个参数来设定各个K值大概的值。你想想太小的话，假设角度K=2，那么当角度很大的时候，假设30度，这时控制量才为2*30=60<<255，效果就是车都快到了，你给电机的能量才一点点，你说车还能站起来么？另外K=10000的话，当车体倾斜1度的时候，控制量为10000*1=10000>>255,效果就是只要角度不为精确地0度，那么电机就会全速运行，以最大力量调整车体，这时你想想能稳定么，车体倾斜角度会很快发散，最后倒下。

整定方法大概如下：
1.调角度K值，调到基本能够站立；
2.调角速度K值，从零慢慢增加，这个K很小。太小的话，车子反应迟钝，好像没有这项一样，太大的话，车子抗扰能力变差，所以要适当。
3.调水平速度K值的时候，要注意你获得的车速是不是很精确的，如果用很多线的光电码盘就会很精确，但如果码盘只要几线，或者像我用的一个霍尔传感器，获得的速度就会很不精确，这时就要做好车速的低通滤波，很关键！滤波做好了，车速调节效果很好的，算位移的时候都是很精确的，没有太快的漂移。车速K值也是慢慢增加，增加过程中观察车的反应。
4.位移K值也应该很小，因为是速度的累计，慢慢会漂移变大，设定一个上下限，是为了防止漂移过大造成控制量过大最后会等于255。
出现点效果后的调节也不是按照1234这样调的，后来我是1、3、4反复调节的，2基本没动。
很多细节问题有点忘了，当时刚做完应该写下来的啊。。

feng741

回复【121楼】ZRYXY
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修改问题后的程序，点击此处下载 ourdev_618995UWBCLG.rar(文件大小:105K) (原文件名:程序.rar)
PS：我上传的这个程序不是我最终烧录的程序，我当初上传之前做了点格式的改动，现在好了。

如果你的程序直接用我的话，那启动系统是需要先按下PINB0按钮的。main函数512行while(1){...}。

我现在没有时间简化程序，只加了注释，等我有空改下。

feng741

回复【125楼】ZRYXY
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我又更新了，重新下，怎么在我这里有问题开始不报错。。。

feng741

我今天刚来学校呵呵，闲着没事做，就来这多转了一会。

feng741

回复【130楼】ZRYXY
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叫我梦不落，，
你说的是ENC03的参考电压端怎么接？这个脚悬空。ENC03的电源VCC为5V。AD基准电压为MMA7260模块带的3.3V电源（实测3.36V）。

feng741

我说了要启动运行需要按下PB0的开关，或者你用杜邦线接一下地，只能接一下哦，如果抖动使得1602第一个参数下边显示^符号，这时已经进入了设置参数模式，所有功能都停用，这时要再按下PB3，使得^符号消失，推出设置模式，恢复正常调节模式。

feng741

你有qq不

feng741

回复【148楼】flotox
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3个月

回复【149楼】fkepdcjgd 雾都溪风
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陀螺仪+加速度计KALMAN滤波得出真实角度。

回复【151楼】qj0226
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LZ位的程序存在小问题，请用122楼的程序，直接打开工程文件，再编译。

AVR Memory Usage
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Device: atmega16
Program:   12438 bytes (75.9% Full)
(.text + .data + .bootloader)
Data:        492 bytes (48.0% Full)
(.data + .bss + .noinit)
Build succeeded with 0 Warnings...

feng741

回复【160楼】ansion520
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是的，参照ENC-03MB数据手册，里边有详解。回复【161楼】lonmaker84
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恩！深有体会！