基于Arduino+MPU6050+Tp-link 703n平衡車(chē)完美站立（部分代碼上傳）

ID:113207 · 發(fā)表于 2016-4-10 01:04

基于Arduino+MPU6050+Tp-link 703n平衡小車(chē)現(xiàn)已完美站立，分享一下制作經(jīng)驗(yàn)和方法

希望版主申精。。�？梢砸鸫蠹易⒁�。。。

基于工坊目前還沒(méi)有一個(gè)帖子能很完整的介紹平衡小車(chē)的制作思路以及制作方案，借此機(jī)會(huì)我將制作成功后的經(jīng)驗(yàn)分享給大家，由于該課題涉及到我們項(xiàng)目的部分，請(qǐng)?jiān)试S我現(xiàn)在不能公開(kāi)，但思路和方案我是可以告訴大家的。我希望能給一群愛(ài)學(xué)的同學(xué)們，鐘愛(ài)電子制作的朋友們提供一點(diǎn)幫助，也算是我一年來(lái)在該論壇學(xué)到很多知識(shí)的回報(bào)吧。
希望各位懂行的高手不要嘲笑我的無(wú)知，更希望你們看了以后，能夠多給我提供一些建議和更好的思路，總之，但愿我們能共同進(jìn)步，或是說(shuō)能有機(jī)會(huì)合作，那是理想的狀態(tài)了。其他的話我就不多說(shuō)了，我先給大家上圖片和視頻。

馬上熄燈了，持續(xù)更新中。。。。

2014-3-21 星期五
今天繼續(xù)。。。
應(yīng)大家要求先介紹元件清單：
【元件清單】

1.串口MPU6050模塊。（特別注意，是串口MPU6050模塊，不是普通的6050，串口6050只是不需要你自己濾波了，如果你想嘗試一下，也未必不可，但我不推薦新手嘗試Kalman）
2.Tp-link-wr703n（官方標(biāo)配，刷進(jìn)去Openwrt系統(tǒng)，同時(shí)可以無(wú)線更新程序，掛載攝像頭等等）
3.Arduino MEGA 2560 r3 （這個(gè)單片機(jī)做平衡車(chē)足矣，當(dāng)時(shí)懷疑他不能勝任）
4.L298n（最好是用帶光耦的驅(qū)動(dòng)，不帶光耦也行，我的就沒(méi)帶光耦，害怕信號(hào)干擾就帶上光耦）
5.電機(jī)是直流減速電機(jī)帶碼盤(pán)（扭矩最好是能大一點(diǎn)，我推薦德國(guó)空心杯電機(jī)，當(dāng)然我用的不是空心杯，下一版一定會(huì)用）
6.OLED12864 LED屏幕（我就不多說(shuō)了，等到車(chē)很平穩(wěn)了，你愛(ài)怎么擴(kuò)展都行）
7.小車(chē)輪子（最好是大一點(diǎn)，輪子要用硬橡膠的，我現(xiàn)在這個(gè)輪胎是軟的，摩擦力太大，下版本就換掉）
8.電池3節(jié)18650，帶上電池盒OK
9.穩(wěn)壓模塊（我個(gè)人認(rèn)為不能把所有的需要5v供電的傳感器都從單片機(jī)供電，單片機(jī)提供電流是有限的，可能會(huì)造成單片機(jī)死機(jī)的情況，因此我就外接一個(gè)穩(wěn)壓模塊給這一群傳感器供電，一定要注意穩(wěn)壓模塊的輸出的負(fù)極要和單片機(jī)共地。）
10.遙控器就是安卓手機(jī)了（這個(gè)就不多說(shuō)了，有興趣的我會(huì)發(fā)關(guān)于Openwrt的相關(guān)教程，這里說(shuō)就有點(diǎn)跑題了）

注釋?zhuān)涸瓦@么多了，其實(shí)也沒(méi)有什么，重要的是控制思路，和控制算法。如果大家對(duì)硬件還有疑問(wèn)就提出來(lái)，今天就講到這里，學(xué)校的事情太多了，又要開(kāi)會(huì)，各位不好意思。。。補(bǔ)充幾句，一定要好好看我括號(hào)里面補(bǔ)充的內(nèi)容，很重要，有可能就是由于這些問(wèn)題導(dǎo)致你很久都不能把小車(chē)調(diào)起來(lái)的，再上一張圖片。。。

繼續(xù)更新。。。
【控制算法】
1.PID（如此經(jīng)典的算法，你能不用嗎，尤其是學(xué)習(xí)自控原理的同學(xué)）
   Pwm_out = Kap*Angle[0] + Kad*w[0] + Ksp*speeds_filter + Ksi*positions ;  //PID控制器

注釋?zhuān)?/strong>

Angle[0]表示x軸的角度量，單位是（角度）；
w[0]表示x軸的角速度，單位是（角度/秒）；
speeds_filter表示車(chē)輪速度，程序中以單位時(shí)間碼盤(pán)的格數(shù)代替；
positions表示位置，是速度對(duì)時(shí)間的積分。

   角度用PD，位置用PI非常簡(jiǎn)單，雙閉環(huán)控制，我的控制器就這么簡(jiǎn)單一句話，別以為算法是多么高深的東西，我給你說(shuō)一下原理，看圖：

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2016-4-10 01:51 上傳

【平衡車(chē)模型】

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現(xiàn)在必然有人問(wèn)我難道我們要建模嗎？我強(qiáng)烈推薦學(xué)過(guò)自控原理和現(xiàn)代控制理論的同學(xué)建模，但可喜的是不建模也可以做平衡車(chē)，只是理解的不深刻罷了�，F(xiàn)在上一段pid控制代碼：
//=========================================================

//===                PID_CONTROLLER                ===

//=========================================================

//串級(jí)PID: 主調(diào)：角度

//       副調(diào)：速度

//先控制角度，后控制速度

//=========================================================

int Pwm_out = 0;

int Turn_Need = 0;

int Speed_Need = 0;

int speed_output_R , speed_output_L;

float speeds , speeds_filter, positions;

float diff_speeds,diff_speeds_all;

//========================

float Kap = 24.5;    //

float Kad = 10;       //

float Ksp = 2.8;       //

float Ksi = 0.11;    //

//========================

void PID_PWM()

{

   speeds=(count_left + count_right)*0.5;



   diff_speeds = count_left - count_right;

   diff_speeds_all += diff_speeds;



   speeds_filter *=0.85;  //一階互補(bǔ)濾波

   speeds_filter +=speeds*0.15;



   positions += speeds_filter;

   positions += Speed_Need;

   positions = constrain(positions, -2300, 2300);//抗積分飽和



   Pwm_out = Kap*Angle[0] + Kad*w[0] + Ksp*speeds_filter + Ksi*positions ;  //PID控制器

   if(Turn_Need == 0)

   {

      speed_output_R = int(Pwm_out - diff_speeds_all);

      speed_output_L = int(Pwm_out + diff_speeds_all);

   }

   speed_output_R = int(Pwm_out + Turn_Need);

   speed_output_L = int(Pwm_out - Turn_Need);

   Motor(speed_output_L , speed_output_R);

   count_left = 0;

   count_right = 0;



//  Serial.print(Angle[0]);    //主調(diào)被調(diào)量

//  Serial.print(',');

//  Serial.print(speeds_filter);//副調(diào)被調(diào)量

//  Serial.print(',');

//  Serial.println(Pwm_out);  //輸出量

}
復(fù)制代碼

今天就寫(xiě)到這里，等待你們的回復(fù)和提問(wèn)，然后我在之后的更新中著重以答疑主，同時(shí)也能給我編輯帖子確定一個(gè)方向。依然在更新中。。。

應(yīng)有人要求，我先上個(gè)視頻。。。
【平衡車(chē)視頻】

更新中。。。

【關(guān)于MPU6050】
    關(guān)于MPU6050有目前就應(yīng)用方法有兩種：

直接采數(shù)據(jù)，然后Kalman濾波；卡爾曼濾波實(shí)現(xiàn)現(xiàn)在有兩種方法，一種是用自己?jiǎn)纹瑱C(jī)處理，一種是硬件濾波串口方式輸出（這個(gè)就是所謂的串口MPU6050，就是有商家自己已經(jīng)給你做好卡爾曼濾波，你只需要接受他的數(shù)據(jù)）
用MPU6050中的DMP，它也可以直接輸出角度等值，但是由于它受溫度，電壓的干擾較大，一般不建議用。

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2016-4-10 01:51 上傳

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2016-4-10 01:51 上傳

今天就說(shuō)到這里。。。
現(xiàn)在，我仍然再調(diào)試，發(fā)現(xiàn)濾波參數(shù)，也是非常重要的。直接影響小車(chē)是否抖動(dòng)。
希望大家看后，積極回復(fù)，把帖子頂起來(lái)。。。。
等我這幾天忙完了，給大家上傳一些傳感器模塊的程序，方便大家調(diào)試。。。
今天給大家上傳了兩個(gè)測(cè)試代碼，喜歡的同學(xué)自己下載。。。
看到大家如此有熱情，我再發(fā)幾張圖片，等之后有時(shí)間我再把帖子詳細(xì)說(shuō)明一下。

手機(jī)的上位機(jī)——Wi-Fi通信（由于版權(quán)問(wèn)題，我不能公開(kāi)傳播，大家可以自己去下載）

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電腦上位機(jī)——藍(lán)牙通信（我花了一個(gè)晚上搞得，做的不好，剛剛學(xué)LabView）

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前幾天有點(diǎn)事兒沒(méi)時(shí)間給大家回帖，在此深表歉意，現(xiàn)在大家有問(wèn)題盡管提出來(lái)，我會(huì)傾囊相助。。。

補(bǔ)充樓主展示的仿真建模代碼下載地址:http://www.mathworks.com/matlabc ... --controller-design