教你DIY一辆自己的 “赛格威”平衡车！（ZT）

DIY自己的“赛格威”

和人类行走一样，“赛格威”的控制也需要传感器和致动器。它依靠MEMS技术制造的精密固态陀螺仪和加速度计感应车体的旋转，速度和倾斜，高速微处理器计算传感器数据，并驱动轮毂电机完成前进/后退/差速转弯的动作。而在电路之外，为了让它从实验室中的倒立摆变成实用的代步车，还需要准备一些必需的结构零件和附件。

机械部分

此次设计的机械机构包括一个简单的独立悬挂。缓冲部分直接采用自行车的避震器（需要更换弹簧），机体做得不很紧凑，主要为了能够拆卸折叠，便于收放和运输。（需要说明的是，结构已提交专利申请，请勿用于商业用途。）

整机材料很简单，两个独立驱动的轮子+电机驱动板+车身角度传感器+转弯传感器+电池+一个装下这些东西的盒子  。两个轮子、电机、避震器都是来自淘宝的成品。钣金和机加件为单独加工。
这里贴一些制作图片，详细的零件工程图列在最后。

整机外形

结构细节

  电机安装部分

 

电机为优耐特电机，250W，24v/质量不好，不作推荐。

电机法兰部分剖视

转向机部分：

整机背面

装配过程

锂电池仓

原设计为铅酸电池，后一朋友为我无偿提供了锂电池，在此再次表示感谢。

车铣加工

电机法兰安装

整体安装

电路部分

主控采用AVR的ATMEGA_32，电机驱动为H桥驱动方式，元件选用的IR2184和IRF1405。传感器选用IDG300和ADXL335，电流传感器为ACS755。另外还有一些外围的小功能，可有可无，不详述了。

控制驱动PCB图

传感器PCB图

PCB空板

焊接需要注意的就是——别太马虎就行。先焊低矮的元器件，再焊大个的！

焊接基本完成

连接电机测试

散热器：

遥控和语音模块

控制程序部分

果壳网友们的素质都很高，这里就提一些关键部分。一些个人认为有用的代码附在最后。

流程图

车身角度获取

选用的传感器为模拟量输出，因此只需要用单片机的AD采集数据后计算出角度值即可，需要注意的是，采集后的数据直接使用效果会很糟糕。需要再次进行滤波计算，得到一个准确、及时、抗扰动的真实角度数据。调速过程中可以用串口将数据输出，辅助调试。

计算车轮速度

这里就是简单的PID控制车轮转速，如果不记得就百度看看。调试参数会花点时间，刚开始参数别调过大，否则抖动起来有危险！另外需要设置角度过大停机的功能。

获取转向数据

转向数据为采集转向电位器而来，采集后的数据进行滤波处理后再用。转向中间设置一个无效的死区，也是防止误动作。

遥控

（图片来自网络）

遥控为最普通的4键遥控器，淘宝成品。

语音

语音选用成品语音模块，厂家提供完整说明文档。

温度

硬件原先选用18b20，很是遗憾这部分程序没调通，可能原因1：系统必须有多处中断，并且中断服务程序比较多，因而打乱了18b20的时序，加上没有示波器，因而没调通。可能原因2：智商问题。

尝试调试了近2小时无果后改用模拟量温度芯片LM35D，电压直接由电阻分压而来。

其余部分可自由发挥。

视频演示

http://v.youku.com/v_show/id_XNjM2MDM2NDU2.html

无视频无真相，怕熊上门所以拍了一小段视频。

客厅实在太小，还放了些杂物，能够行走的地方就只有中间一小块了，跑不开。

友情提示：此车有一定危险性，不排除摔倒、失控等问题，在空地上玩玩就好，打算用来代步上班的，请给自己买好保险！

附件1：零件工程图

点击下载完整工程图（文件大小：6.15M）（本设计已提交专利申请，请勿用于商业用途。）

附件2：重点代码

2.1车身角度滤波代码

/************滤波************/

float P[2][2] = {{ 1, 0 },{ 0, 1 }};

float Pdot[4] ={0,0,0,0};

const char C_0 = 1;

float q_bias, angle_err, PCt_0, PCt_1, E, K_0, K_1, t_0, t_1;

float Q_angle=0.001, Q_gyro=0.003, R_angle=0.5, dt=0.01;

void Kalman_Filter(float angle_m,float gyro_m) 

{

    angle+=(gyro_m-q_bias) * dt;              

    Pdot[0]=Q_angle - P[0][1] - P[1][0];     

    Pdot[1]=- P[1][1];

    Pdot[2]=- P[1][1];

    Pdot[3]=Q_gyro;

    P[0][0] += Pdot[0] * dt;            

    P[0][1] += Pdot[1] * dt;

    P[1][0] += Pdot[2] * dt;

    P[1][1] += Pdot[3] * dt;

    angle_err = angle_m - angle;         

    PCt_0 = C_0 * P[0][0];

    PCt_1 = C_0 * P[1][0];

    E = R_angle + C_0 * PCt_0;

    K_0 = PCt_0 / E;

    K_1 = PCt_1 / E;

    t_0 = PCt_0;

    t_1 = C_0 * P[0][1];

    P[0][0] -= K_0 * t_0;             

    P[0][1] -= K_0 * t_1;

    P[1][0] -= K_1 * t_0;

    P[1][1] -= K_1 * t_1;

    angle   += K_0 * angle_err;       

    q_bias  += K_1 * angle_err;      

    angle_dot = gyro_m-q_bias;       

}

//**************滤波*****************//

static float C_angle,C_angle_dot;

static float bias_cf;

void Complement_filter(float angle_m_cf,float gyro_m_cf)

{

    bias_cf=0.998*bias_cf+0.002*gyro_m_cf;

    C_angle_dot=gyro_m_cf-bias_cf;

    C_angle=0.98*(C_angle+C_angle_dot*0.02)+0.02*angle_m_cf;

}

//***************************** 滤波结束*********************************/

2.2 转向数据处理代码

/************转向************/

void Steering_handle(void)

{

             Buf=  0.9 *Buf + 0.1 * AD_Turn;                 

             Turning= Buf -Turn_Zero;    //                

             if(Turning <- Turn_Dead)                       //死区

                     Turning+=Turn_Dead;   

             else if(Turning> Turn_Dead)

                     Turning-=Turn_Dead;   

             else    Turning= 0;   

            if (mode==0)  

            {

                Drive_A=0;

                Drive_B=0;

                if (!(angle>0.1||angle<-0.1))

                {

                    mode=1;

                }

            }

            else

            {

                if(lab==0)

                    {

                        Turning=0;

                    }

                else if (Turning>55||Turning<-55)//

                    {

                        Turning=0;

                        lab=3;// turn error

                    }

                else           //按车速整定转向数据

                    {

                    //buf2=Drivespeed;

                    //if (buf2<0)buf2*=-1;

                    //buf2/=3;

                    //Turning/=buf2;

                    Turning/=1;

                    }

                 Drive_A=Drivespeed-Turning;

                 Drive_B=Drivespeed+Turning;

            }       

}

//***************************** 转向结束*********************************/

2.3遥控部分状态机

/***********按键********/

#define BOOL int

#define FALSE 0

#define TRUE  1

#define INT8U unsigned int

/**********硬件接口***********/

    #define     KEYPIN1               (PINC&(1<<3))

    #define     KEYPIN2               (~PINB&(1<<0))

    #define     KEYPIN3               (~PINB&(1<<1))

    #define     KEYPIN4               (~PINB&(1<<3))

    #define     KEYPIN5               (~PINB&(1<<4))   

/**********按恪键属性**********/

    #define KEY_JT 0x0e

    #define KEY_A  0x0d

    #define KEY_B  0x0b

    #define KEY_C  0x07

    #define KEY_D  0x08

    #define KEY_NULL    0x0f

//

#define KEY_LONG_PERIOD      250

#define KEY_CONTINUE_PERIOD  25

//

#define KEY_DOWN       0x80

#define KEY_LONG       0x40

#define KEY_CONTINUE   0x20

#define KEY_UP         0x10

//

#define KEY_STATE_INIT     0

#define KEY_STATE_WOBBLE   1

#define KEY_STATE_PRESS    2

#define KEY_STATE_LONG     3

#define KEY_STATE_CONTINUE 4

#define KEY_STATE_RELEASE  5

uchar KeyScan(void) 

{

    if(KEYPIN2==0) return KEY_A;

    if(KEYPIN3==0) return KEY_B;

    if(KEYPIN4==0) return KEY_C;

    if(KEYPIN5==0) return KEY_D;

    if(KEYPIN1==0) return KEY_JT;

    return KEY_NULL;

}

void GetKey(uchar *pKeyValue)

{

     static char KeyState = KEY_STATE_INIT;

     static char KeyTimeCount = 0;

     static char LastKey = KEY_NULL;

     char KeyTemp = KEY_NULL;

     KeyTemp = KeyScan();  

     switch(KeyState)

     {

         case KEY_STATE_INIT:

              {

                  if(KEY_NULL!=(KeyTemp))

                  {

                     KeyState = KEY_STATE_WOBBLE;

                  }

              }

          break;

          case KEY_STATE_WOBBLE:   

               {

                     KeyState = KEY_STATE_PRESS;

                }   

          break;

          case KEY_STATE_PRESS:

               {

                    if(KEY_NULL!=(KeyTemp)) 

                    {

                        LastKey = KeyTemp;   

                        KeyTemp|=KEY_DOWN;   

                        KeyState = KEY_STATE_LONG ;

                    }

                    else

                    {

                        KeyState = KEY_STATE_INIT;

                    }

                }

          break;

          case KEY_STATE_LONG:

               {

                 if(KEY_NULL !=(KeyTemp))

                 {

                  if(++KeyTimeCount > KEY_LONG_PERIOD)

                  {

                       KeyTimeCount = 0;

                       KeyTemp|=KEY_LONG;   

                       KeyState = KEY_STATE_CONTINUE;

                   }

                  }

                  else

                  {

                       KeyState = KEY_STATE_RELEASE;

                  }

                }

        break;

        case KEY_STATE_CONTINUE:

               {

                  if(KEY_NULL !=(KeyTemp))

                  {

                      if(++KeyTimeCount > KEY_CONTINUE_PERIOD)

                       {

                           KeyTimeCount = 0;

                           KeyTemp |= KEY_CONTINUE;

                        }

                  }

                  else

                  {

                       KeyState = KEY_STATE_RELEASE;

                   }

               }

               break;

               case KEY_STATE_RELEASE:

               {

                    LastKey |=KEY_UP;

                    KeyTemp = LastKey;

                    KeyState = KEY_STATE_INIT;

               }

               break;

               default:break;

        }

        *pKeyValue = KeyTemp; 

}

2.4电池电压

void Get_Batt_Volt(void)

{

     int buf3=0,b=0;

     buf3=0.9*buf3+0.1*AD_Batt;

     if (b>10)

         {

            Voltage=buf3*3000.0/1024/65;

            b=10;

         }

    else

        {

            b++;

        }    

}

谢谢楼主的分享！动手能力超级强大的网友！！！

说明下，ADXL335是咱们推出的一款小尺寸、低功耗、三轴±3G 加速度计。主要特性：小尺寸、薄型、低功耗、完整的三轴加速度计，提供经过信号调理的电压输出，该产品的满量程加速度测量范围为±3 g（最小值），可以测量倾斜检测应用中的静态重力加速度，以及运动、冲击或振动导致的动态加速度……其目标应用就包括运动与保健器材。产品详情，可以看这个产品页面哦http://www.analog.com/zh/mems-sensors/mems-inertial-sensors/adxl335/products/product.html