最簡單的自平衡小車

• 1 概述
• • 1.1 國外方案
  • • 1.1.1 國外方案1
    • 1.1.2 國外方案2
  • 1.2 國內方案
  • 1.3 幾種方案對比
  • • 1.3.1 國外方案
    • 1.3.2 國內方案
    • • 1.3.2.1 國內方案早期原貼
      • 1.3.2.2 國內方案的山寨帖
      • 1.3.2.3 參照國內方案的論文
      • 1.3.2.4 參照國內方案的CSDN博文
• 2 最簡單自平衡小車
• • 2.1 硬件原理圖
  • 2.2 Mixly程序
  • 2.3 調試方法
• 3 問題、分析與解決
• • 3.1 問題現象
  • 3.2 原因分析
  • 3.3 解決方法
  • 3.4 其他
• 4 資源下載
• 5 相關視頻欣賞
• • 5.1 國內的TT馬達+MPU6050版
  • 5.2 國外超聲波自平衡小車
  • 5.3 國外紅外自平衡小車
  • 5.4 國外紅外開關制作的迷你平衡車
• 6 歡迎入群交流

1 概述

我最早是在2015年1月制作了一個簡單的自平衡小車（超聲波自平衡小車），當時以為是首創，因為在百度上查不到類似的平衡車。后來通過其他辦法在外網上查到兩個類似的方案：其中一個是Balancing Roboduino（2008年12月21日制作，2010年8月22日發表，我們稱為國外方案1）；另一個是Balancing bot with ultrasonic sensor - no gyros（2014年10月24日發表，我們稱為國外方案2）。我自己的方案稱為 國內方案。

1.1 國外方案

1.1.1 國外方案1

該方案采用 Parallax Ping))) 超聲波傳感器，該超聲波傳感器在國內比較難買，價格也在300元人民幣左右一個。

作者本人是這樣說的：
“First of all, let me explain why the use of Parallax Ping))) ultrasonic sensor. I also have a Maxbotics EZ01 ultrasonic sensor and a Sharp GP2D12 infrared sensor. From all of them, the Ping))) sensor was the most accurate, with stable readings and short response time. I have tryed EZ1 sensor in analog mode and in PWM mode (similar with Ping) but didn’t liked the results. The robot could not balance at all. The Sharp sensor was a little better, but it does not offer stable readings in a fixed position, it has spikes from time to time. Probably averaging 5 measurements would get better results. ”

作者的結論是：

• This works as proof of concept (balancing), but it lacks fine
  control.
• The robot balance is heavily influenced by the surface
  incline level. If you adjust the setpoint for a certain inclination,
  it will not work properly for a different one.
• The servos do not have
  a fast enough response (RPM = 60). Use of DC motors with an RPM over
  200 is needed.
• To make the robot drive or turn, an Offset variable
  has to be added or subtracted from the servo pulse variables, this
  proved to be difficult for this setup.

視頻效果（最后還是倒了！！！）

videoplayback

1.1.2 國外方案2

該方案采用HC-SR04超聲波傳感器，從視頻上看，穩定性不是很好，視頻中還連接了USB線，這根線本身還有一定的支撐能力，這是視頻效果。

Bot Balancing with ultrasonic sensor

1.2 國內方案

國內方案最新照片如下：

該方案采用HC-SR04超聲波傳感器和TT馬達（俗稱黃香蕉），這是視頻效果。

C3

1.3 幾種方案對比

1.3.1 國外方案

國外方案1與2兩者的區別是所用超聲波傳感器模塊略有差別，國外方案2所用的是廉價的HC-SR04超聲波傳感器；兩者的共同點都是使用360度連續旋轉舵機。
最一致的是兩者都在RobotShop上發表，方案1是2010年8月22日發表，方案2是2014年10月24日發表。但最最一致的是最后修改日期都是2018年9月13日，這是最不可思議的地方了。

1.3.2 國內方案

1.3.2.1 國內方案早期原貼

https://www.geek-workshop.com/thread-12538-1-1.html
http://forum.eepw.com.cn/forum/thread/threadid/268664/flag/1/page/1
https://www.cirmall.com/circuit/1599

1.3.2.2 國內方案的山寨帖

http://www.51hei.com/bbs/dpj-48053-1.html
http://www.51hei.com/bbs/dpj-47877-1.html
http://www.51hei.com/bbs/dpj-48037-1.html
http://www.eepw.com.cn/article/201710/366683.htm
http://www.elecfans.com/emb/app/20151116391000.html

1.3.2.3 參照國內方案的論文

https://wenku.baidu.com/view/f20c16323d1ec5da50e2524de518964bcf84d23b.html

1.3.2.4 參照國內方案的CSDN博文

arduino nano基于超聲波的平衡小車

還有段時間淘寶上也出現了參照國內方案的套件。

2 最簡單自平衡小車

這篇博文介紹的“最簡單自平衡小車”有3方面含義：一是，功能簡單，僅實現自平衡；二是，硬件簡單，用最簡單的最便宜的電機（TT馬達，黃香蕉），HC-SR04超聲波模塊和ATtiny13A單片機；三是，軟件設計簡單，采用Mixly圖形化編程。

網上有用TT馬達+MPU6050做自平衡小車的，我找到三個這種方案的視頻，參見后面的視頻欣賞部分。

2.1 硬件原理圖

2.2 Mixly程序

2.3 調試方法

裝配好小車硬件后，第一步，尋找小車的 自然平衡點（不加電的情況下，看在什么狀態下最容易穩定），自然平衡點所處的位置最好是超聲波傳感器探頭與小車所處地面平行，如果差別較大的話，最好調整結構或增加配重使其一致。

214為自然平衡點超聲波測量的返回值。
第二步，測量平衡車不同角度時，超聲波測量值，并確定超聲測量的 有效范圍。我這個小車的測試數據如下圖。

程序中我們選擇的范圍如下：

第三步，調整PD參數，調整方法與其他PID控制的調整是相同的，可參考網上的其他相關帖子。此處的 P = 3，D = 6。

編譯上傳

3 問題、分析與解決

3.1 問題現象

之前也有些人按照我的方案做過，感覺不是很穩定，達不到我視頻中的穩定效果（可以紋絲不動，僅能聽到電機的嗡嗡聲）。不穩的問題，我也遇到了，無論怎樣調參數都沒有多大的改善，還有的很快就前趴后仰的倒下了。

3.2 原因分析

針對不穩定問題，我買了十幾個不同廠家或同一廠家不同型號的HC-SR04傳感器。大致有4種類型，如下圖所示。

正面

反面

其中1、2為無錫日晨物聯科技公司2018年款產品，3、4不知道是哪家的產品。1、3不帶晶體，2、4采用晶體。
通過測試發現，不采用晶體的穩定性要好于采用晶體的模塊，靜態測試的數據差別不是很大，主要是在與電機一起工作時，帶晶體的模塊受干擾較嚴重，數據穩定性很差，所以效果不好。

下面是有電機運行情況下，幾種類型的超聲波傳感器測試對比數據。

其中5#傳感器為“1”型，15#傳感器為“2”型，26#傳感器為“4型”。從測試數據來看“1”型的穩定性明顯優于其他幾種類型，無錫日晨物聯科技公司2018年款（采用專業解調測距芯片）的也明顯優于其他類型的模塊。

3.3 解決方法

解決方法最簡單的方法就是選擇好的超聲波傳感器模塊了，在此，我推薦使用無錫日晨物聯科技公司2018年款 不帶晶體的模塊（也就是圖片中的 “1” ），淘寶上的具體型號是：HC-SR04P（注意，后面有個P），仔細對比一下圖片中1和3的正面，超聲波發送和接收器之間，我們推薦的“1”走線是直的；再看反面，3個芯片以及布局明顯不同。

3.4 其他

國外方案1主程序的循環周期為18~20ms，根據我的方案測試對比，20ms也可保持平衡，但很不穩定，這個時間是極限了，超過20ms必倒！！！
我的測試結論是循環周期越短越好，最好在10ms以內，我程序中設定的是3ms。

4 資源下載

Mixly_ATtiny13A.rar
HC-SR04P

5 相關視頻欣賞

5.1 國內的TT馬達+MPU6050版

自平衡小車DIY

VID_20150724_112037

tt電機平衡小車

tt電機平衡小車

ARDUINO兩輪平衡小車

ARDUINO兩輪平衡小車

5.2 國外超聲波自平衡小車

超聲自平衡小車3

超聲4

超聲自平衡小車4

超聲5

5.3 國外紅外自平衡小車

紅外自平衡小車1

紅外1

紅外自平衡小車2

紅外2

5.4 國外紅外開關制作的迷你平衡車

紅外開關自平衡車

Arduino Mini Pro Self Balancing Robot

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這個方案是我見到最簡單的一種，這個方案對于我的難度是這款小電機和配套的輪子不好找，電機的額定工作電流最好不大于20mA，這樣單片機就可直接驅動了。

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6 歡迎入群交流

QQ：1035774689

總結

以上是生活随笔為你收集整理的最简单自平衡小车的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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