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楼主: wujingyu

超声自平衡小车(新手入门自平衡小车最佳方案)

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 楼主| 发表于 2015-1-27 09:27:24 | 显示全部楼层
wacha1221 发表于 2015-1-27 02:05
楼主好强大!求教程

请问你需要什么样的教程,能列出几个目录或问题吗?根据你的需要我尽量满足你的要求。
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发表于 2015-1-31 09:47:38 | 显示全部楼层
请问这个代码有吗?还有的是我不懂那个电位器调节是对于那个传感器调节的
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 楼主| 发表于 2015-1-31 13:48:20 | 显示全部楼层
简单侣图 发表于 2015-1-31 09:47
请问这个代码有吗?还有的是我不懂那个电位器调节是对于那个传感器调节的

电位器是微调平衡角度设定值的
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发表于 2015-1-31 15:43:35 | 显示全部楼层
wujingyu 发表于 2015-1-31 13:48
电位器是微调平衡角度设定值的

不太懂,线路是接哪里的
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 楼主| 发表于 2015-1-31 16:58:26 来自手机 | 显示全部楼层
本帖最后由 wujingyu 于 2015-3-23 14:42 编辑

5、程序设计

程序源代码:
v2.4.zip (7.66 KB, 下载次数: 1686)
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 楼主| 发表于 2015-1-31 20:05:04 | 显示全部楼层
本帖最后由 wujingyu 于 2015-3-23 14:48 编辑

6、调试流程

最新版超声平衡小车装配完毕后如下图所示。
ac837b282c37e3399b1c466a7bffea6c.jpg

串口调试助手程序
SSCOM32.zip (351.78 KB, 下载次数: 393)
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发表于 2015-1-31 23:01:58 | 显示全部楼层
好的,谢谢
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 楼主| 发表于 2015-2-1 13:22:28 | 显示全部楼层
本帖最后由 wujingyu 于 2015-3-23 15:11 编辑

7、照片与视频

a5304fa63514f1bf620ddc93e2f701f8.jpg

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 楼主| 发表于 2015-2-1 20:31:38 | 显示全部楼层
本帖最后由 wujingyu 于 2015-3-23 15:03 编辑

8、总结与展望

超声自平衡小车的基本版已经完成,在制作过程中与我之前用MPU6050制作的小平衡车相比有以下几点体会:

a、在用TT马达的情况下,如果系统使用同一组电池供电,电机一启动Arduino与MPU6050立即死机,或者MPU6050的数据受干扰极为严重,不可使用。解决办法是用另一组电池单独给L298N供电,并且L298N要选择带光耦隔离的。但同样的使用TT马达的情况下,用超声波测距方案,系统仅用一组电池即可,而且L298N也无需光耦隔离,系统很稳定。

b、超声波传感器的选择要选择最小测量周期短的模块,第一次我使用的是US-015 超声波测距模块,US-015是目前市场上分辨率最高,重复测量一致性最好的超声波测距模块,US-015的分辨率高于1mm,可达0.5mm,测距精度高,重复测量一致性好,测距稳定可靠。但他的最小测量周期大于10ms,而且对输出数据经常有跳动(这是由于它的灵敏度很高,在近距离时超声波在模块与地面之间的来回反射的二次信号都能被检测到),为此在地面垫上一个地毯吸收了部分能量的超声波,才能稳定工作。在第二版中更换了HC-SR04超声波模块,这个模块的测距精度虽然只有3mm,但它的最小测量周期仅略大于3ms。但这种模块市场上有两种,一种没有晶体,一种是带晶体的,带晶体的很不稳定,建议大家不要选择。

c、小车的平衡稳定性与多种因素有关,建议在结构上,重心越低越好。

d、另外,我还做了一个对比测试,数据见下表:
02ff80b5faee11ad512ebbd3b743cefc.jpg

误差绝对值是指小车在一段时间内,实测距离与设定平衡点距离误差绝对值的平均值;滤波是指程序中对超声波测量的距离滤波或不滤波直接使用;循环周期是程序中的延时时间,超声波测量需要大约704us,一个周期大约为3.84ms,程序处理时间大约为136us,实测波形图如下。

超声测距波形图:
2258bf79b3b16fe0f81116261b243e7f.bmp

3ms延时的一个周期波形图:
6502e2c4411d20c80239a3e6de80fd71.bmp

通过以上对比分析,当一个循环周期大于20ms时,小车很难长时间保持平衡了,另外重心的升高,平衡的稳定性明显变差。

e、下一步选择具有测速功能的小车底盘,实现上下坡、下台阶等复杂动作,不为别的,只是证明超声自平衡小车这个方案是没有严重的缺陷的。因为自平衡小车本身就有很多局限性,譬如他能下台阶就不能上台阶吧,也不能在极不平坦的路上行走等等。

f、最后,我想说明一下,自平衡小车虽然简单,但也是一个麻雀虽小五脏俱全的项目,譬如小车的结构设计、电机的响应、扭矩的大小、小车的轮胎的选择、PID的调参等等都会影响到小车的平衡稳定性。我们在网上看到的资料大都是说传感器、程序和调参,在结构设计、电机的选择(明确的参数数据对比)等方面都很欠缺或不完整,没有充分的说服力。很多新人就想学校的实验课程一样,仅仅照别人的做法做了一遍,没有太大的收获,特别是碰到问题不知道如何深入分析。大家在DIY的过程中都做出点自己的东西,无论成功与失败,哪怕做一些经验和教训的总结也是对大家的贡献。希望大家在DIY这个乐园里无拘无束的、自由自在的、快快乐乐的玩耍!!!
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 楼主| 发表于 2015-2-4 06:32:54 来自手机 | 显示全部楼层
本帖最后由 wujingyu 于 2015-3-23 14:59 编辑

加“全棉地毯”是由于US-015的超声波测距模块在一般的反射面情况下,并且超声测量周期小于40ms时,返回值经常出现异常,我用示波器观察的波形与返回的实测数据是完全一致的。现附上波形示意图如下:
超声回波图形.jpg

在实测过程中,我发现在超声波的探测面朝上工作时,我用小块的障碍物测试时,并不出现上述现象。我分析可能是由于朝下时,反射面比较大,可能是超声波在小车与地面之间来回反射造成的某种干扰,后来我就想到用“全棉地毯”吸收部分超声波能量,避免来回反射造成测距的干扰。因为测量周期大于40ms的话,整个调整就反应不过来了。

这里告诉大家,任何事、或者任何方案都有可能会出现一些意想不到的问题的。当时选择US-015是考虑到它的测距精度高,探测精度0.1cm+1%。

今天我换上HC-SR04模块,这个模块的探测精度要差一些,给的指标是3mm。但我通过测试发现,就在桌面和其他普通界面不存在US-015的那种问题,而且测量周期在小于4ms的情况下都能稳定工作。

这就是今天发的照片跟以前的差别所在:1、小车运行的地面不同;2、超声波测距模块已经更换了。
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发表于 2015-2-6 19:57:53 | 显示全部楼层
wujingyu 发表于 2015-2-1 20:31
没人关注,我这里就自问自答吧

加“全棉地毯”是由于US-015的超声波测距模块在一般的反射面情况下,并 ...

请问可以说一下你是怎么把这个小车的架构做出来的,可以拍一个反面的小车图片吗?谢了
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发表于 2015-2-6 19:58:55 | 显示全部楼层
wujingyu 发表于 2015-2-4 06:32
请问谁有不用测速码盘保持平衡车长时间稳定的方案?

请问哪一种测速传感器比较好
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发表于 2015-2-6 23:23:26 | 显示全部楼层
wujingyu 发表于 2015-1-31 13:48
电位器是微调平衡角度设定值的

我不知道不加电位器可以吗?电位器怎么样开始调,有点迷茫,虽然我是自动化的,学过自动控制和现代控制理论,还是不太懂
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 楼主| 发表于 2015-2-7 17:09:00 | 显示全部楼层
简单侣图 发表于 2015-2-6 23:23
我不知道不加电位器可以吗?电位器怎么样开始调,有点迷茫,虽然我是自动化的,学过自动控制和现代控制理 ...

不加电位器可以的,就是通过修改程序中设定的参数调整,或者通过串口(有线或无线)在线实时调整设定参数。我现在正在改进,等新版本出来了再发相关资料。
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发表于 2015-2-7 17:30:09 | 显示全部楼层
wujingyu 发表于 2015-2-7 17:09
不加电位器可以的,就是通过修改程序中设定的参数调整,或者通过串口(有线或无线)在线实时调整设定参数 ...

好的,谢谢解答
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