两轮自平衡车

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 

选择方案，主控STM32，传感器Mpu6050，采用四元数互补滤波进行姿态解算（求角度），国产直流减速电机，电机驱动用TB6612FNG，体积比L298N小效率高。电池用3S航模电池或3x18650.

    控制方式通过串级PID进行控制，预计先加上角度环和角速度环。PID调试的时候，用Nrf2401无线收发来进行实时参数整定，同时也作为遥控功能。预计有时间就加上蓝牙，可能可以用手机app控制，还有一个体感遥控，这个看情况是否加上，嘿嘿。基本思路跟做四轴飞行器也差不多，准备开搞~

加速度传感：http://playground.arduino.cc/Main/MPU-6050 

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

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

程序思路如下：STM32通过读取传感器数据，做滤波和姿态计算，然后通过串级PID进行控制；同时接收遥控指令，做出前后左右以及旋转的动作。下面开始分步介绍：

1)MPU6050采用I2C总线驱动，楼主使用模拟I2C，速度很快，100多个us就能读完传感器数据，然后进行滤波+姿态解算，得到小车的角度信息。

    数据处理和PID控制就是自平衡小车的核心了。我们对加速度计做低通滤波，对陀螺仪做滑动滤波，过滤大部分由震动引起的数据噪声。 然后用四元数来计算姿态，最后转换成角度（欧拉角），就能用于控制了。初次接触MPU6050的网友可能对数据解算比较陌生，建议看一下下面这个精品贴： 【讨论帖】姿态解算相关知识储备

关于MPU6050的驱动：： stm32f103运行mpu6050源码

为什么选择6050呢，因为它内部集成了一个硬件算法，能够直接输出表示姿态的四元数，我们只需要把这个四元数用公式转化成角度（欧拉角），就能用于控制了，是不是很方便呢！前期调过姿态解算，后期再慢慢研究姿态解算的问题。 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  

实际上我们用到一个角度即可

关于MPU6050的DMP功能，请看：传感器驱动实验（DMP测试，串口回传欧拉角及四元数，附视频，工程文件）(欧拉角万向锁视频)

2）串级PID相关介绍：串级PID----代码+调参

3）Nrf2401通讯实验：NRF无线通讯实验（附视频，工程文件）

4)电机控制，TB6612是双驱动，也就是可以驱动两个电机 。

7、调试流程

    程序对应了一个MWC开源飞控的上位机，简单实用，主要调试工作通过上位机即可，下面开始讲解：

1，把遥控器的串口1链接到电脑上，小车和遥控器通过2401进行半双工无线数据。传输打开上位机，即MultiWiiConf文件夹下的MultiWiiConf.exe。下载地址：MultiWiiConf.rar

要想运行MultiWiiConf.exe，得先安装JAVA虚拟机。Multiwii 的GUI程序需要JAVA虚拟机的支持，需下载安装：http://java.com/zh_CN/download/manual.jsp?locale=zh_CN
（如果你的电脑是win7 64位的系统，安装了JAVA虚拟机后GUI仍然运行不了，那你就需要到C:Program FilesJavajre7bin找到并复制javaw.exe，然后粘贴到C:WindowsSysWOW64这个文件夹下面，再重新运 行GUI即可）成功运行则出现如下界面，会显示出PID参数，遥控数据，姿态，传感器数据等等，同时可以通过上位机进行PID参数设置。

2，加速度计和陀螺仪（MPU6050）由于安放的位置，是有零偏的，带着这个零偏去做姿态解算，就会造成解算误差，因此要去除这个零偏。通过上位机可以处理零偏问题。

A、校准加速度计

具体操作：将小车贴墙放置，这样一来就保证了小车是竖直向上的。遥控器连接电脑，运行GUI，点击CALIB_ACC，你会发现ACC的pitch、roll、Z三轴输出值会变成0,0,512左右的值，则表明校准完成。

B、校准陀螺

具体操作：在校准了加速度计基础上，点击CALIB_MAG，GYRO的pitch、roll、Z三轴输出值会变成0,0,0左右的值，则表明校准完成。

C、调整PID参数

具体操作：将鼠标定位在待调整的PID参数上，按住鼠标左键左右移动鼠标即可调整该数值，很为奇特。
ROLL对应的PID参数是外环参数，PITCH对应的PID参数是内环参数。慢慢调参数即可。调参方法详见：串级PID----代码+调参

9、个人总结

    首先，此次自平衡小车制作，耗时较短，还有N多功能没加上。近期有很多事，考虑四月份后加上新功能，敬请期待。参数多试几次就出来了，效果还可以，有时间再调调。

 有以下几点收获也体会，跟大家分享下：
    1，楼主用的是11.1V航模电池，放电倍数20C。经过稳压后给电机驱动和STM32+MPU6050供电。不清楚是否较差的电池会对传感器数据造成影响。反正这个航模电池没问题。
    2，角速度要滤波，实际调试的时候，看到上位机的角速度震动很大，这样子就给控制造成了很大震荡，经过滤波后，控制效果较好。
    3，有一个上位机真心方便，点几下上位机，参数就设置好了，功能强大，还能分析传感器数据。
    4，小车的电池要固定好，不能晃动，最好在中心，这样调试比较方便容易。
    5，小车十个很有意思的项目，有坛友回复说在小车上装个摄像头，这想法很棒，后期装一个试试，看看不同视角能拍到啥有意思的~