兩輪自平衡車

原理：http://tieba.baidu.com/p/3653812543 

http://makezine.com/projects/arduroller-self-balancing-robot/  http://www.51hei.com/bbs/dpj-49869-1.html  bluetooth http://www.51hei.com/bbs/dpj-32234-1.html  

http://forum.eepw.com.cn/thread/269607/1  http://forum.eepw.com.cn/thread/273140/1 http://www.51hei.com/bbs/dpj-48038-1.html  books http://www.51hei.com/bbs/dpj-49814-1.html 

選擇方案，主控STM32，傳感器Mpu6050，采用四元數互補濾波進行姿態解算（求角度），國產直流減速電機，電機驅動用TB6612FNG，體積比L298N小效率高。電池用3S航模電池或3x18650.

    控製方式通過串級PID進行控製，預計先加上角度環和角速度環。PID調試的時候，用Nrf2401無線收發來進行實時參數整定，同時也作為遙控功能。預計有時間就加上藍牙，可能可以用手機app控製，還有一個體感遙控，這個看情況是否加上，嘿嘿。基本思路跟做四軸飛行器也差不多，準備開搞~

加速度傳感：http://playground.arduino.cc/Main/MPU-6050 

http://diyhacking.com/arduino-mpu-6050-imu-sensor-tutorial/  http://playground.arduino.cc/Code/PIDLibrary 

電機：https://item.taobao.com/item.htm?spm=a230r.1.14.21.BtXTI1&id=41433521806 

程序思路如下：STM32通過讀取傳感器數據，做濾波和姿態計算，然後通過串級PID進行控製；同時接收遙控指令，做出前後左右以及旋轉的動作。下麵開始分步介紹：

1)MPU6050采用I2C總線驅動，樓主使用模擬I2C，速度很快，100多個us就能讀完傳感器數據，然後進行濾波+姿態解算，得到小車的角度信息。

    數據處理和PID控製就是自平衡小車的核心了。我們對加速度計做低通濾波，對陀螺儀做滑動濾波，過濾大部分由震動引起的數據噪聲。 然後用四元數來計算姿態，最後轉換成角度（歐拉角），就能用於控製了。初次接觸MPU6050的網友可能對數據解算比較陌生，建議看一下下麵這個精品貼： 【討論帖】姿態解算相關知識儲備

關於MPU6050的驅動：： stm32f103運行mpu6050源碼

為什麽選擇6050呢，因為它內部集成了一個硬件算法，能夠直接輸出表示姿態的四元數，我們隻需要把這個四元數用公式轉化成角度（歐拉角），就能用於控製了，是不是很方便呢！前期調過姿態解算，後期再慢慢研究姿態解算的問題。 公式如下：

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1. Q_ANGLE.Yaw = atan2(2 * q1 * q2 + 2 * q0 * q3, -2 * q2*q2 - 2 * q3* q3 + 1)* 57.3; // yaw  
2. Q_ANGLE.Y  = asin(-2 * q1 * q3 + 2 * q0* q2)* 57.3; // pitch  
3. Q_ANGLE.X = atan2(2 * q2 * q3 + 2 * q0 * q1, -2 * q1 * q1 - 2 * q2* q2 + 1)* 57.3; // roll  

實際上我們用到一個角度即可

關於MPU6050的DMP功能，請看：傳感器驅動實驗（DMP測試，串口回傳歐拉角及四元數，附視頻，工程文件）(歐拉角萬向鎖視頻)

2）串級PID相關介紹：串級PID----代碼+調參

3）Nrf2401通訊實驗：NRF無線通訊實驗（附視頻，工程文件）

4)電機控製，TB6612是雙驅動，也就是可以驅動兩個電機 。

7、調試流程

    程序對應了一個MWC開源飛控的上位機，簡單實用，主要調試工作通過上位機即可，下麵開始講解：

1，把遙控器的串口1鏈接到電腦上，小車和遙控器通過2401進行半雙工無線數據。傳輸打開上位機，即MultiWiiConf文件夾下的MultiWiiConf.exe。下載地址：MultiWiiConf.rar

要想運行MultiWiiConf.exe，得先安裝JAVA虛擬機。Multiwii 的GUI程序需要JAVA虛擬機的支持，需下載安裝：http://java.com/zh_CN/download/manual.jsp?locale=zh_CN
（如果你的電腦是win7 64位的係統，安裝了JAVA虛擬機後GUI仍然運行不了，那你就需要到C:Program FilesJavajre7bin找到並複製javaw.exe，然後粘貼到C:WindowsSysWOW64這個文件夾下麵，再重新運 行GUI即可）成功運行則出現如下界麵，會顯示出PID參數，遙控數據，姿態，傳感器數據等等，同時可以通過上位機進行PID參數設置。

2，加速度計和陀螺儀（MPU6050）由於安放的位置，是有零偏的，帶著這個零偏去做姿態解算，就會造成解算誤差，因此要去除這個零偏。通過上位機可以處理零偏問題。

A、校準加速度計

具體操作：將小車貼牆放置，這樣一來就保證了小車是豎直向上的。遙控器連接電腦，運行GUI，點擊CALIB_ACC，你會發現ACC的pitch、roll、Z三軸輸出值會變成0,0,512左右的值，則表明校準完成。

B、校準陀螺

具體操作：在校準了加速度計基礎上，點擊CALIB_MAG，GYRO的pitch、roll、Z三軸輸出值會變成0,0,0左右的值，則表明校準完成。

C、調整PID參數

具體操作：將鼠標定位在待調整的PID參數上，按住鼠標左鍵左右移動鼠標即可調整該數值，很為奇特。
ROLL對應的PID參數是外環參數，PITCH對應的PID參數是內環參數。慢慢調參數即可。調參方法詳見：串級PID----代碼+調參

9、個人總結

    首先，此次自平衡小車製作，耗時較短，還有N多功能沒加上。近期有很多事，考慮四月份後加上新功能，敬請期待。參數多試幾次就出來了，效果還可以，有時間再調調。

 有以下幾點收獲也體會，跟大家分享下：
    1，樓主用的是11.1V航模電池，放電倍數20C。經過穩壓後給電機驅動和STM32+MPU6050供電。不清楚是否較差的電池會對傳感器數據造成影響。反正這個航模電池沒問題。
    2，角速度要濾波，實際調試的時候，看到上位機的角速度震動很大，這樣子就給控製造成了很大震蕩，經過濾波後，控製效果較好。
    3，有一個上位機真心方便，點幾下上位機，參數就設置好了，功能強大，還能分析傳感器數據。
    4，小車的電池要固定好，不能晃動，最好在中心，這樣調試比較方便容易。
    5，小車十個很有意思的項目，有壇友回複說在小車上裝個攝像頭，這想法很棒，後期裝一個試試，看看不同視角能拍到啥有意思的~