【導(dǎo)讀】“快樂(lè)大本營(yíng)”中女神劉亦菲騎著平衡車優(yōu)雅飄過(guò)的靚影是不是給大家留下了深刻的印象呢？如果能擁有那樣一款代步小車是不是很拉轟？但是看起來(lái)高端大氣上檔次的平衡車其實(shí)也能自己DIY哦。跟本文一起，DIY屬于自己的平衡車，其實(shí)就那么簡(jiǎn)單！
“賽格威”平衡車看來(lái)神奇，但你有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)它的原理其實(shí)很簡(jiǎn)單呢？拜最新科技所賜，關(guān)鍵零件都可以在某寶上直接買(mǎi)到，而控制程序也可以查閱原理自行編寫(xiě)。擁有自己的平衡車，其實(shí)非常簡(jiǎn)單。
“賽格威”平衡車原理
“賽格威”的平衡問(wèn)題，實(shí)際上是一個(gè)多級(jí)倒立擺問(wèn)題。當(dāng)一個(gè)人用手托住一根竹竿的底部使它在空中豎直不倒下，這就是一個(gè)一級(jí)倒立擺系統(tǒng)的模型。如果第一根竹竿上面用鉸鏈連著其他竹竿，或者竹竿本身具有一定的彈性（可比擬“賽格威”上的有骨骼和關(guān)節(jié)的大活人），就成了多級(jí)倒立擺。
“賽格威”的動(dòng)態(tài)平衡原理和倒立擺相同，將最上方的乘客作為擺臂，然后控制車輪維持系統(tǒng)重心使乘客直立。當(dāng)駕駛?cè)烁淖冏约荷眢w的角度往前或往后傾時(shí)，“賽格威”就會(huì)根據(jù)傾斜的方向前進(jìn)或后退，而速度則與駕駛?cè)松眢w傾斜的程度呈正比以保持平衡。這里的一個(gè)巧妙設(shè)計(jì)是將乘客傳感和控制二合一了——“賽格威”前進(jìn)或后退維持平衡的同時(shí)，也達(dá)成了按乘客意圖前進(jìn)或后退的目的。最終，熟練的駕駛?cè)丝梢院妥约盒凶咭粯樱瑑H憑直覺(jué)就能完成前后左右各方向的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)解放雙手和大腦思維。
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DIY自己的“賽格威”平衡車
和人類行走一樣，“賽格威”的控制也需要傳感器和致動(dòng)器。它依靠MEMS技術(shù)制造的精密固態(tài)陀螺儀和加速度計(jì)感應(yīng)車體的旋轉(zhuǎn)，速度和傾斜，高速微處理器計(jì)算傳感器數(shù)據(jù)，并驅(qū)動(dòng)輪轂電機(jī)完成前進(jìn)/后退/差速轉(zhuǎn)彎的動(dòng)作。而在電路之外，為了讓它從實(shí)驗(yàn)室中的倒立擺變成實(shí)用的代步車，還需要準(zhǔn)備一些必需的結(jié)構(gòu)零件和附件。
平衡車機(jī)械部分
此次設(shè)計(jì)的機(jī)械機(jī)構(gòu)包括一個(gè)簡(jiǎn)單的獨(dú)立懸掛。緩沖部分直接采用自行車的避震器（需要更換彈簧），機(jī)體做得不很緊湊，主要為了能夠拆卸折疊，便于收放和運(yùn)輸。（要說(shuō)明的是，結(jié)構(gòu)已申請(qǐng)專利，請(qǐng)勿用于商業(yè)用途。）
這里貼一些制作圖片，詳細(xì)的零件工程圖列在最后。
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平衡車整機(jī)外形。
結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。
電機(jī)安裝部分。
電機(jī)為優(yōu)耐特電機(jī)，250W，24v/質(zhì)量不好，不作推薦。
電機(jī)法蘭部分剖視。
轉(zhuǎn)向機(jī)部分。
整機(jī)背面。
裝配過(guò)程。
鋰電池倉(cāng)。
原設(shè)計(jì)為鉛酸電池，后一朋友為我無(wú)償提供了鋰電池，在此再次表示感謝。
車銑加工。
電機(jī)法蘭安裝。
整體安裝。
平衡車電路部分
主控采用AVR的ATMEGA_32，電機(jī)驅(qū)動(dòng)為H橋驅(qū)動(dòng)方式，元件選用的IR2184和IRF1405。傳感器選用IDG300和ADXL335，電流傳感器為ACS755。另外還有一些外圍的小功能，可有可無(wú)，不詳述了。
控制驅(qū)動(dòng)PCB圖。
傳感器PCB圖。
PCB空板。
焊接需要注意的就是——別太馬虎就行。先焊低矮的元器件，再焊大個(gè)的！
焊接基本完成。
連接電機(jī)測(cè)試。
散熱器。
遙控和語(yǔ)音模塊。
控制程序部分
網(wǎng)友們的素質(zhì)都很高，這里就提一些關(guān)鍵部分。一些個(gè)人認(rèn)為有用的代碼附在最后。
流程圖。
平衡車車身角度獲取
選用的傳感器為模擬量輸出，因此只需要用單片機(jī)的AD采集數(shù)據(jù)后計(jì)算出角度值即可，需要注意的是，采集后的數(shù)據(jù)直接使用效果會(huì)很糟糕。需要再次進(jìn)行濾波計(jì)算，得到一個(gè)準(zhǔn)確、及時(shí)、抗擾動(dòng)的真實(shí)角度數(shù)據(jù)。調(diào)速過(guò)程中可以用串口將數(shù)據(jù)輸出，輔助調(diào)試。
計(jì)算車輪速度
這里就是簡(jiǎn)單的PID控制車輪轉(zhuǎn)速，如果不記得就百度看看。調(diào)試參數(shù)會(huì)花點(diǎn)時(shí)間，剛開(kāi)始參數(shù)別調(diào)過(guò)大，否則抖動(dòng)起來(lái)有危險(xiǎn)！另外需要設(shè)置角度過(guò)大停機(jī)的功能。
獲取轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)。
轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)為采集轉(zhuǎn)向電位器而來(lái)，采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理后再用。轉(zhuǎn)向中間設(shè)置一個(gè)無(wú)效的死區(qū)，也是防止誤動(dòng)作。
遙控
遙控為最普通的4鍵遙控器，某寶成品。
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語(yǔ)音
語(yǔ)音選用成品語(yǔ)音模塊，廠家提供完整說(shuō)明文檔。
溫度
硬件原先選用18b20，很是遺憾這部分程序沒(méi)調(diào)通，可能原因1：系統(tǒng)必須有多處中斷，并且中斷服務(wù)程序比較多，因而打亂了18b20的時(shí)序，加上沒(méi)有示波器，因而沒(méi)調(diào)通。可能原因2：智商問(wèn)題。
嘗試調(diào)試了近2小時(shí)無(wú)果后改用模擬量溫度芯片LM35D，電壓直接由電阻分壓而來(lái)。
其余部分可自由發(fā)揮。
附：零件工程圖（清晰版工程圖打包下載：http://bbs.cntronics.com/thread-230712-1-1.html ）
最后附上幾組重要代碼，以供參考。點(diǎn)擊下載“賽格威”平衡車重要代碼。
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