一、项目概况
2014年底，我在网上看到各种关于制作平衡车的帖子，也开始制作一辆。 因为是第一次做，没有信心，所以没有投入太多的钱。 一切都是按照最低配置来做的，所以我选择了“TT电机”，俗称“香蕉电机”汽车底盘。 在等待快递的过程中，我看到了用“香蕉电机”制作平衡车的各种问题。 最大的问题是电机启动对传感器和微控制器的干扰，以及平衡稳定性差等问题。 。 当我搭建完以 L298N为核心的后，我无事可做，所以我只想做一个成本低、好用、配置最少、功能最基本的自平衡车。 目的是为刚进入这个行业、经验很少的人提供帮助。 为新手提供入门解决方案。 所以这个项目的目标如下：
A。 低成本;
b. 目标功能明确，就是实现小车的自平衡；
C。 系统稳定可靠；
d. 易于调试和操作。
2、项目计划
基于上述目标，该解决方案使用超声波测距模块来检测汽车的平衡状态，从而无需了解加速度和陀螺仪传感器以及复杂的处理算法。 小车的平衡控制依然采用网上流行的开源硬件，搭配电机驱动模块L298N，电机依然采用TT电机（香蕉电机）。
为了降低成本，本方案采用电位器来调节设置小车的平衡参数，并没有采用蓝牙无线模块或有线串口在线调节参数。
使用超声波测距的自平衡车。 网上有人提出，这种方案无法在坡度变化的斜坡上保持平衡。 经过我的实践，这个问题是有解决办法的。 我稍后会讨论这个问题。 精心制作的。
平衡控制算法依然采用平衡车中经典的PD算法。
八、总结与展望
超声波自平衡车的基础版已经完成。 在制作过程中，与我之前制作的小型平衡车相比，我有以下几点体会：
A。 使用TT电机时，如果系统使用同组电池供电，电机一启动就会立即死机，或者数据受到严重干扰而无法使用。 解决办法是使用另一组电池单独给L298N供电，并且L298N要配备光耦隔离。 但在同样使用TT电机和超声波测距方案的情况下，系统只使用一组电池，而且L298N不需要光耦隔离，因此系统非常稳定。
b. 选择超声波传感器时，应选择最小测量周期短的模块。 第一次使用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量模块。 距离模块，US-015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。 但其最小测量周期大于10ms，输出数据经常出现跳变（这是由于其灵敏度高，可以近距离检测到超声波在模块与地面之间来回反射的二次信号） ），为此，地板上的地毯吸收了超声波的部分能量，使其能够稳定工作。 第二个版本中，更换了HC-SR04超声波模块。 虽然该模块的测距精度仅为3mm，但其最小测量周期仅略大于3ms。 不过，市场上这种模块有两种类型，一种不带晶振，一种带晶振。 带水晶的很不稳定。 建议您不要选择。
C。 汽车的平衡性和稳定性与很多因素有关。 建议结构上重心越低越好。
d. 另外我还进行了对比测试。 数据如下表所示：
误差绝对值是指一段时间内实际测量的距离与小车设定的平衡点的误差绝对值的平均值； 滤波是指在程序中对超声波测量进行距离滤波或者不滤波直接使用； 循环周期是程序中的延迟。 时间，超声波测量耗时约704us，一个周期约3.84ms，程序处理时间约136us。 测量波形如下。
超声波测距波形图：
3ms延时的周期波形图：
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。 此外，随着重心的增加，摆轮的稳定性明显变差。
e. 接下来就是选择具有测速功能的汽车底盘，以实现上下坡、台阶等复杂运动。 这样做不为别的，就是为了证明超声波自平衡车方案没有严重缺陷。 因为平衡车本身有很多限制，比如只能下台阶不能上台阶，不能在极其不平的路面上行走等等。
F。 最后我要说明的是，自平衡车虽然简单，但也是一个小工程，要领都有，比如小车的结构设计、电机的响应、扭矩的大小、汽车轮胎的选择，以及PID参数的调整。 等都会影响汽车的平衡性和稳定性。 我们在互联网上看到的大部分信息都是关于传感器、程序和参数调整。 在结构设计、电机选型（清晰的参数数据对比）等方面缺乏或不完整，缺乏充分的说服力。 很多新人就像学校里的实验课一样。 他们只是跟着别人做，并没有多大收获，尤其是遇到问题时，不知道如何深入分析。 每个人都在 DIY 过程中制作自己的东西。 不管成功还是失败，哪怕总结一些经验和教训，也是对大家的贡献。 希望大家都能在这个DIY天堂里自由、自由、快乐地玩耍！ ！ ！
9. 后记
完成上述工作后，又开展了一些不系统、分散的实验工作。 第一个工作是在上述平台上增加一个具有AB相编码输出的测速单元，以控制小车的速度为最终目标，以调整平衡设定距离来控制小车的速度为手段，所以可实现超声波自动控制平衡车在变化的坡度上保持动态稳定的平衡。
小车平衡算法一般有两种：一种是平衡（角度或距离）PID 速度PID； 另一种是速度PIDà平衡PID。 第二种方法是利用速度PID的输出来改变平衡PID的目标值。 为了使超声波自平衡车在变化的坡度上实现动态稳定的平衡，必须采用第二种控制算法。
另外，网上也有人用控制电机的PWM输出值代替测速单元来近似汽车的速度。 我对这个问题进行了简单的测试和分析。 下面我简单谈谈我对这个问题的看法：这种方法在一定条件下可以近似为替代，前提是在水平地面上且地面不能产生任何影响。 汽车的行驶有各种障碍物。 第三是汽车的反应不能太滞后。 如果不能满足这三个条件，则不建议采用此解决方案。
这项工作的验证比较简单。 就是在带有测速单元的汽车上添加PWM输出来模拟测速，输出两次测速的结果，并在输出数据上画出曲线。 您可以直观地看到两者之间的区别。 。
另一个任务是在原有平台上添加升压模块，将L298N的Vin从之前的7.4V提高到12V。 汽车的稳定性得到了一定程度的提升。 这可以通过观察看出。 感觉天平的稳定性有所提高，通过数据分析也能清楚地得出结论。 两个电压下（注意此时的Kp、Kd、PB等参数一定要相应调整，使每个电压都最优），设定PID输出值（这个值是当输出被限制在之前的值以内） 255），通过观察超过255的频率就可以得出结论。如果超过255并且输出前受到限制，则说明本次调整不到位。
第三项工作是增加四通道遥控开关，实现汽车的前进、后退、左转、右转功能。 在这项工作中，PWM 的输出用于近似汽车的速度。 这种遥控开关也很便宜。 虽然它只有 A、B、C、D 四个按钮，但它可以轻松控制八种有效状态。 八种状态是：A、B、C、D、AB、CD、AC、BD。
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遥控超声波自平衡车视频
坡度动态变化时的超声波自平衡车视频（拆门板测试）
平面、斜坡超声波自平衡车
第二代超声波自平衡车：材料费不超过90元； 程序源代码不超过90行； PID参数整定非常容易。
材料清单：
示意图：
如果您需要超声波自平衡车程序源码，请加入QQ群：
PID参数整定：
1、首先根据你超声波测距在平衡点附近的实际返回值（通过串口发送“L”命令读取实际测量值），将源码中的Len_0修改为“实际返回值”减去50、编译下载程序；
2、将KD电位器设置为0，设置KP，直至小车能明显抵抗倾翻运动；
3、调节PB电位器，使小车基本不向前跑，也不向后跑；
4、继续增加KP，使小车原地来回摆动；
5. 增加KD，直到汽车的摆动消失并达到您满意的稳定性水平。
新到的60线速度码盘和AB线编码光电传感器，如上图：
安装示意图：
今天下午三点左右，我从顺丰取了传感器后，就去办公室测试了一下。 收到货就付了运费，高兴的时候忘了付运费。下班回到家，他还在门口（今天快递竟然多得惊人），于是我就给他补了运费，这样我就可以踏踏实实地过春节了。 不然我心里总会有问题。
今天早上，我在第二代超声波自平衡车上安装了金属码盘（60线）和AB相输出的测速装置。 我遇到了一点坎坷的情况。 B相...
照片其实都差不多，视频还没有确认，就发两张（晚上拍的，不太清楚）
正面（和二代类似，仔细看可以发现多了4根线）
倒车速度测量装置
本来放假的时候就解决了这个问题，没想到顺利解决了（是安装测速装置，由于质量问题，购买费了时间，重复安装了两次）{:: }
如果(( < 300) && ( > 70)) {
*= 0.7； //一阶互补滤波
= 0.3*；
我 ；
如果（我> 50）{
E_0 = Len_0 - ;
= Kp * E_0 Kd * (E_0 - E_1);
E_1=E_0；
我 = 100;
();
我不明白这个补充过滤的程序。 楼主可以给我解释一下吗？ (⊙o⊙)…
