摘要：剖析了丈量视点和角速度传感器的挑选，经过Atmega16单片机多路信号AD收集陀螺仪和加快度计的信号，经过Kalman滤波算法核算动态的视点和角速度，经过LCD1602显现角速度和视点的值、转向值。运用PID操控算法操控自平衡车的平衡状况，使车体在平衡位置安稳。运用大功率MOS管规划驱动电路，经过单片机有效地操控电机的转速、电机的转向，然后有效地操控自平衡车的行进、撤退及转弯功用。
1 研讨含义
跟着科学技术水平的不断进步，交通工具正朝着小型、节能、环保的方向开展，“电动车”正是在这个布景下孕育而生并为人们所熟识。据不完全统计，我国的电动车保有量已超越1.2亿辆，是增长速度最快的交通工具。跟着石油储量的不断削减和人们环保认识的增强，“电动车”无疑将成为未来交通工具的主力军。就现在而言，电动车的品种首要有电动自行车、电动摩托车和电动汽车。因为电动机制作水平的进步，尤其是大功率直流无刷电动机制作工艺的老练，带动了电动自行车和电动摩托车职业的飞速开展。一起，人们也依据两轮自平衡机器人作业原理，规划出了一些新式电动车——两轮自平衡电动车。它是一种新式的交通工具，它一改电动自行车和摩托车车轮前后摆放办法，而是选用两轮并排固定的办法，这种结构将给人们带来一种全新的驾御感触。两轮自平衡电动车仅靠两个轮子支撑车体，选用蓄电池供给动力，由电动机驱动，选用微处理器、姿势感知体系、操控算法及车体机械设备一起和谐操控车体的平衡，仅靠人体重心的改动便能够完结车辆的发动、加快、减速、中止等功用。两轮自平衡车首要是绿色环保。电动车运用电池作为动力动力，并能够重复充电运用，大大削减了对环境的污染。转弯半径为零，在小空间范围内能够灵敏运动。无刹车体系，由CPU主动给出正回转力矩，然后到达快速安稳的刹车作用。
操控极端便利，行进撤退自若。两轮自平衡电动车是一个高度不安稳的体系，其动力学方程是一多变量、严峻不安稳、耦合、时变、参数不确定性的非线性高阶方程，加上运动学方程中的非完整性束缚，要求完结的操控使命也具有多重性，因而，两轮自平衡电动车作为一个详细的杂乱体系，给操控理论提出了很大的应战，是查验各种操控办法处理才能的典型设备。两轮自平衡电动车作为一种研讨设备，可进行不确定性体系操控、非线性体系操控、自适应操控、智能操控等研讨。
2 体系整体规划计划
两轮自平衡主动车选用AVR Atmega16芯片作为主操控芯片，挑选外部16 MHz晶振，运用JTAG仿真器进行实时仿真与调试;选用LCD1602显现转弯视点传感器丈量的动态视点和角速度，为了让调试的过程中愈加直观。动态视点和角速度的丈量经过陀螺仪丈量角速度，三轴加快度计丈量视点。因为平衡车是运动的，所以三轴加快度计丈量的视点里边参杂动态视点，终究经过卡尔曼硬件交融电路精确地丈量出动态的视点和角速度。转向模块选用高精度电位器，当手把向右偏转时，两轮车向右转，当手把向左偏转时两轮自平衡车向左转弯，能够完结原地转弯。电机选用直流减速电机，首要是因为直流减速电机能耗低、性能优越、减速机功率高达95%以上，并且振荡小、噪音低、节能高、选用优质段钢资料，钢性铸铁箱体，齿轮外表经过高频热处理。节约空间，牢靠经用，接受过载才能高，经过精细加工，保证定位精度，扭矩大。电机驱动模块选用大功率MOS管，因为电机的功率大，需求的电流大。电机的滚动经过PID操控算法，完结两轮车的自平衡状况。体系简易硬件结构框图如图1所示。
2.1 车模直立操控计划
两轮白平衡车的直立是经过负反馈来完结的，可是两轮自平衡车的直立相对棒槌的直立是相对简略的，棒槌的直立是二维的而自平衡车有两个轮子着地且直立是一维的。所以经过操控轮子的滚动，抵消歪斜的趋势便能够很好地坚持车体直立。两轮自平衡车模型如图2所示。
两轮自平衡车之所以在不加外力的情况下不能够直立，是因为车体的偏转方向和受力方向是在同一方向，所以车体会加快倒下，假如要车体直立不倒下那就需求增加外力作用才能够坚持平衡状况，这个外力便是车轮对地的摩擦力。因为电机在滚动时给地上一个摩擦力，依据牛顿第三定律，地上给车体一个与相对运动方向相反的作用力，这样才会不至于让车体加快倒下。
两轮自平衡车的受力剖析：
2.2 车模行走操控计划
两轮自平衡车的速度是经过车轮的速度完结的。车轮的速度经过直流电机经过减速箱，增大扭矩。运用直流电机驱动器操控电机的正回转和PWM调速体系操控两轮自平衡车的平稳运转。然后经过电机的加快度操控车体的平衡，经过电机的稳定速度和停止状况操控车体的匀速运动和停止状况。
在运转的过程中当人体的倾角增大时车轮的加快随之增大以操控车体的平衡，当车体康复平衡时，以稳定的速度匀速行进。
当转把滚动时可完结主动复位功用，在转把的轴径方向装置一个大强度的绷簧，使转把在滚动的过程中主动康复原位，完结了灵敏转弯的作用，假如转把的偏向角满足大能够完结原地转弯，使两轮车的运转愈加灵敏，便利在狭小的当地运用。转把示意图如图4所示。
转把的方向和偏向角是经过高精度电位器检测的，在转把的固定轴上装置个视点传感器，完结视点的丈量。
3 程序流程图
为了便于程序的开发和今后的运用与保护，悉数程序选用模块化结构，即由一个主程序和若干个子程序模块构成。主程序首要完结初始化作业，包含守时器初始化、LCD16 02液晶模块初始化、守时器中止初始化、体系时钟初始化、其他参数的初始化等。然后发动守时器进行守时，开中止答应单片机呼应内部中止请求。守时器中止流程图如图6所示。各程序功用模块包含LCD1602液晶显现、电机驱动、动态视点丈量、转向、欠压报警等。主程序流程图如图5所示。
整个体系软件选用模块化结构。软件体系包含：主程序担任显现。车体直立模块用守时器1中止完结，每进入一次中止完结一次PID算法操控车体平衡，在车体坚持平衡状况的情况下经过收集转把数据完结转弯功用。
4 总结
本体系选用ATMEGA16操控芯片简化了体系的硬件结构，进步了体系的牢靠性和实时性。运用MMA7260和ENC-03MB能够精确地丈量出车体的动态视点和角速度，选用大功率MOS管和板桥驱动芯片能够很好地去除MOS管的发热问题，削减能量的损耗。本电动车选用锂电池供电既节能又环保，本规划的两轮自平衡电动车能够在狭小的环境中行走自若，使出行带来便利。本体系对实践工程使用有必定的指导含义。
