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[8/16-bit MCU] 自平衡车基本原理----代码全部开源了

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 楼主| cowboy2014 发表于 2015-12-30 20:27 | 显示全部楼层 |阅读模式
代码, 自平衡车, 开源, 平衡小车, 自平衡小车
1.为什么要做自平衡车？
     当初有这个活动的时候一直在琢磨拿来做点什么？智能家居？NO,太老土了。监控系统？高端的这块板子搞不定，低端的没多大意思。。想了很多都不太满意。既然这块板子主推的是双核，那么当然用来做一种集成控制和大量运算的东西才能体现优势啦。这个东西无非就是两种：平衡车和四轴。  四轴以前没搞过，心里底气不足啊，况且也没有四轴的基本模型，投入成本太高。最后当然选中的自平衡小车啦。
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 楼主| cowboy2014 发表于 2015-12-30 20:28 | 显示全部楼层
2.什么是自平衡车，难吗？
   从上图也能看出，自平衡车就是两个轮子，其实个人感觉自平衡车还可以做成自行车那种样子！
   自平衡车的基本原理就是利用旋转物体的定轴性，类似于陀螺仪的原理。他的基本模型就是倒立摆，当我们发现倒立摆要倒了时就是进行修正。所以理论上只要我们获取到了当前的倾斜方向就可以避免它跌倒。但是这仅仅是理论上的分析，到底是偏移了多少才能避免它跌倒则是根据各种算法计算出来，算法设计得越好，平衡小车行走越稳定。拿人来打比方可能更加清楚：对于人而言，当人体的重心向前倾斜并失去平衡时，人通过自身的感觉器官能够察觉到自己身体的倾斜（角度），于是他会做出一个反应向前迈出一步来防止自己摔倒在地上。如果身体一直前倾，为了保持平衡，人就会一步又一步地往前走。因此，如果将两个由电机驱动的车轮看成人的双腿，再加上能够测量车体相对于水平面倾角大小和速度的传感器，最后通过微处理器的控制便能够实现车体自平衡的效果。因而当人站在车上时，只要将身体带动车体一起往前倾（或后倾）就可以实现电动车载人前进（或后退）
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 楼主| cowboy2014 发表于 2015-12-30 20:28 | 显示全部楼层
3.实现自平衡车用了LPC54102哪些资源？
       根据上面分析，我们知道自平衡小车主要是在姿态获取与姿态解算上，所以本小车的程序主要用LPC板子上的PWM模块（用来控制小车轮子），I2C模块（用来获取姿态传感器模块6050），UART模块（用来连接蓝牙模块与手机通讯）。其他的还有诸如DMA、中断等等。这些所有获取的信息再送到强大的M4内核中进行运算然后再通过PWM模块来控制小车平衡与行走！


先来看此次的重头戏，开源的代码：
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 楼主| cowboy2014 发表于 2015-12-30 20:29 | 显示全部楼层
由于时间紧迫，该代码还没有完全优化，所以还有不少改进的空间，后续还可以加个操作系统上去试试。

首先看看MAIN函数，它在TEST.C文件之中：
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  1. int main(void)
    

  2. {
    

  3.     SystemCoreClockUpdate();  //配置系统内核
    

  4.     Board_Init();
    

  5.     Chip_IOCON_PinMuxSet(LPC_IOCON, 0, 14,
    

  6.                          (IOCON_FUNC0 | IOCON_MODE_INACT | IOCON_DIGITAL_EN));
    

  7.     Chip_GPIO_SetPinDIROutput(LPC_GPIO, 0, 14);
    

  8.     Chip_GPIO_SetPinState(LPC_GPIO, 0, 14, 0);   //配置io口的功能
    

  9.     LED_Init();     
    

  10.     InitMPU6050();
    

  11.     while(mpu_dmp_init());//初始化LED及6050
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 楼主| cowboy2014 发表于 2015-12-30 20:30 | 显示全部楼层
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  1.  Chip_IOCON_PinMuxSet(LPC_IOCON, 0, 18,
    

  2.                          (IOCON_FUNC0 | IOCON_MODE_INACT | IOCON_DIGITAL_EN));
    

  3.     Chip_IOCON_PinMuxSet(LPC_IOCON, 0, 19,
    

  4.                          (IOCON_FUNC0 | IOCON_MODE_INACT | IOCON_DIGITAL_EN));
    

  5.     Chip_IOCON_PinMuxSet(LPC_IOCON, 0, 20,
    

  6.                          (IOCON_FUNC0 | IOCON_MODE_INACT | IOCON_DIGITAL_EN));
    

  7.     Chip_IOCON_PinMuxSet(LPC_IOCON, 0, 21,
    

  8.                          (IOCON_FUNC0 | IOCON_MODE_INACT | IOCON_DIGITAL_EN));
    

  9.     Chip_GPIO_SetPinDIROutput(LPC_GPIO, 0, 18);
    

  10.     Chip_GPIO_SetPinDIROutput(LPC_GPIO, 0, 19);
    

  11.     Chip_GPIO_SetPinDIROutput(LPC_GPIO, 0, 20);
    

  12.     Chip_GPIO_SetPinDIROutput(LPC_GPIO, 0, 21);
    

  13.     SCTPWM_Init();  //在初始化完成了各个IO后，初始化PWM模块，用来控制自平衡车电机
    

  14.     Init_USART();//初始化串口
    

  15.     SysTick_Config(100000000 / TICKRATE_HZ);
    

  16.     TIME_Init();
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 楼主| cowboy2014 发表于 2015-12-30 20:30 | 显示全部楼层
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  1. while(1)
    

  2.     {
    

  3.         BluetoothControl();          //在循环中获取手机发出的控制，并及时更新状态信息。
    

  4.     }
    

  5.    
    

  6. }

整个MAIN函数比较简单，就是初始化各个模块，特别是姿态模块，然后进入一个死循环，不停的接收蓝牙命令。那有些人会问了，到底小车怎么自平衡的呢？其实方法有很多，我这里用的是比较笨的一种，就是在SysTick中断中不停的读取小车的状态，然后根据状态进行修正。
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Ketose 发表于 2015-12-31 14:03 | 显示全部楼层
这就完了？？？？？？
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