2。2 两轮自平衡小车的主要电子元件 5

2。3 两轮自平衡小车的机械结构 6

2。4 本章内容小结 7

3  系统的软件设计 8

3。1获取平衡小车的倾角 8

3。1。1 卡尔曼滤波算法介绍 8

3。1。2 加速度计获取小车倾角 10

3。1。3 陀螺仪获取小车倾角 11

3。1。4 利用卡尔曼滤波器进行数据融合 12

3。2 平衡小车的速度控制 17

3。2。1 PID控制算法 17

3。2。2 测量小车的速度 18

3。2。3 小车直立控制算法 18

3。2。4通过小车直立控制实现小车倾角的改变 20

3。3 系统初始化 21

3。4 本章内容小结 22

4。系统调试 23

4。1 驱动调试 23

4。1。1 烧制程序 23

4。1。2 分别调试各个部件的驱动程序 23

4。1。3 PWM输出 24

4。2调试参数 24

4。2。1角度参数整定 24

4。2。2 速度参数整定 24

4。3调整后的结果分析 25

4。4本章内容小结 26

5。总结与展望 27

5。1论文总结 27

5。2研究展望 27

结  论 28

致  谢 29

参 考 文 献 30

1  绪论

1。1 自平衡车技术研究的背景与意义

两轮自平衡车起源于美国，最早是由美国发明家狄恩卡门和他的团队于2001年发明设计的。起初狄恩卡门并不是想发明平衡车，而是和美国一家医疗器械公司合作生产一种自动平衡式的轮椅iBot[1]，但是狄恩卡门认为这种工具不应该仅局限于残疾人，正常人也应当能够使用这种交通工具，随后他便对其进行了改进，于是就出现了Segway PT[2]，在平衡车被发明的同年12月份，Segway就开始量产销售，曾被乔布斯誉为是跨时代的发明。它上面集成了传感器系统和电机控制，可以通过一定的控制算法控制电机调节车身倾角，从而维持车体平衡状态，目前也成为了城市交通工具的一员。而由于segway公司刚开始对专利的把控，同时也因为公司业务方面只专注与美国政府合作，绝大多数普通人并没有机会体验到平衡车的乐趣，使得很多年过去了，依然没有取得较大的用户量。而自平衡车真正进入国内是2008年，在奥运会期间出现在中国民众的视野中，随后便在国内普及开来，由于它体积小，结构简单，运动灵活，同时国内的民营企业做了有效的宣传推广，使得平衡车受到了越来越多人们的喜爱。

但是目前市场上的自平衡车还存在着各种各样的问题，其中最为重要的问题就是平衡车的安全问题，新闻报道中的平衡车起火、失衡等安全事故时有发生，很多小厂商生产的劣质平衡车无法保障用户在使用过程中的安全问题，同时行业内没有一个统一的标准，让劣质平衡车混入了市场，危害到人们的人身安全。平衡车的主要部件为主板、电机、电池、外壳等，而经过几年的研发和改进，这些组件都可以由专业化工厂生产。国内只有少部分平衡车品牌拥有自己的研发团队，质量控制团队，与产品设计团队，大部分平衡车品牌都只是一个组装工厂，作坊式的生产模式，令平衡车的产品质量差强人意。而我们研究的自平衡车控制技术就是为了能够让平衡车的平衡稳定性更加良好，让平衡小车能够获得更加准确的倾斜参数，通过好的算法来让自平衡小车能够更快速稳定的进行自我调节，进入稳定状态。同时好的自平衡车可以让人们放心驾驶，能够有效的缓解交通压力，对于城市交通会起到一定的缓解作用。