友谊的平衡车

友谊的平衡车（共16篇）

篇1：友谊的平衡车

友谊的平衡车

总有一件东西于我们而言，像雪山之巅的阳光璀璨夺目，像空山之中的幽兰芳香沁人。它就是我们的心爱之物。我的心爱之物就是平衡车。

我的平衡车通体雪白，就像是山间的皑皑白雪，优雅而美丽。只要一踏上平衡车，它的轮子发出五彩缤纷的光点，载着我们一路向前。这时，我们就像是《西游记》中的哪吒，脚踩“风火轮”，一路风驰电掣。这样的好东西，谁又能不爱呢?

它之所以是我的心爱之物不仅在于它带给了我欢乐，更在于它让我明白了友谊的真谛。有一次，我就和好朋友图图一起约到人民广场去玩。图图见了我那神奇十足的平衡车，眼里就像是装上了星星，羡慕地说：“了了，可以把你的`平衡车借我玩吗?”我望着崭新的平衡车犹豫了：这可是我好不容易得到的礼物呀，我一直将它视若珍宝，万一被图图弄坏了可怎么办呀?于是我委婉地拒绝了图图。图图的眼神里露出一丝失落，但什么也没有说，骑着他的滑板车走了。

玩了一会儿，我和图图决定开展比赛，看谁先到对面的花坛。比赛一开始，好胜心强的我就尽量把身体向前倾斜。平衡车在我的操控下开足了马力，如一艘小船向前驶去。图图也不甘示弱，用力地蹬着右脚，他的滑板车如一条小鱼飞快地往前冲。我俩势均力敌，一时间难分伯仲。为了获胜，我又一次把身体往前倾。眼看就要达到终点了，我却发现自己控制不了平衡车了，它就像脱缰的野马往前撞去，正要撞上图图的车。“啊，快让一让。”我大喊起来。图图听见了，吓得面色惨白，但他很快镇定下来。只见他右腿一定，整个人从车上跳了下来，然后双手一个左甩，连人带车往左边摔了下去。刹那间，我的平衡车与他擦肩而过，避免了相撞。

我从平衡车上跳下来，赶紧跑到图图身边，这才发现他的膝盖被磨破了一大块皮，汩汩鲜血自流而下。我羞愧极了：“图图，对不起!”图图皱着眉头回答：“只擦破点皮，你没有受伤吧?”那一刻，我觉得眼睛湿润润的，明明是他受了伤却还关心着我，这份友谊难道不更加珍贵吗?后来，我就把平衡车借给了图图。每当傍晚时分，广场上就可以回荡着我们的欢声笑语。

小小的平衡车就像友谊的纽带，将我和图图紧紧连在一起。我将永远珍藏它，就像珍藏这万般珍贵的友谊一样。

篇2：友谊的平衡车

今天，爸爸妈妈给我买了一个新的平衡车，别提我有多高兴了。

这个平衡车形状像是运动员比赛时举的哑铃，只不过把中间的横长的铁棍去掉了，两边的重铁片也换成了轮子，还真重呢!它的颜色是各种蓝色混合在一起，这一块是深蓝，那一块是天蓝，那一块又是……总而言之，我很喜欢它。

当我看到我的新平衡车的时候，感到非常高兴，又有一点点为难，高兴是因为我也有了一个平衡车，为难是因为我怕恺琦跟我争抢。

拿到平衡车，我开始的时候不会骑，所以就拉着爸爸的手，站在平衡车上慢慢向前滑动，不知不觉我便知道了它的两大“秘密”：秘密之一：打开开关的时候要先上右脚，再上左脚，下来的时候要先下左脚，再下右脚;秘密之二：只要身体向前，它也向前，身体向后，它也向后，只要重踩一下左边的平钮，它就往左转，踩右边的.平钮，它就向右转。真是太棒了!

我骑着不太熟练的平衡车，在楼道上骑过来，骑过去。到最后，妈妈让爸爸看着我到地下停车场骑，因为那里地方大嘛!我到了地下停车场，在那里骑了一圈又一圈，不断扩大自己的“领土”，自己也不断熟练起来。到最后发生了一件意外的事情，爸爸说他也要试试，这可是一件悲哀的事情，爸爸刚站上去“咚”的一声就仰面朝天倒在了地上，还好没有什么大碍。

篇3：基于STM32的平衡车设计

关键词：平衡车,加速度计,陀螺仪,卡尔曼滤波,PID算法

前言

平衡车作为一种交通工具, 广泛应用于航空、 安保等领域。 鉴于其绿色、节能、方便、灵活、轻巧等优点, 解决了很多诸如交通、能源、环保等问题带来的压力, 平衡车作为一种理想的交通工具具有很大的市场。 随着现代科技的不断进步, 对于市场上平衡车的响应的精确度和速度的要求不断提高, 文章设计方案通过陀螺仪测量角度和角速度, 并通过加速度计来矫正陀螺仪的角度漂移, 实现了精确度的提高。

1 力学原理分析

如图1 所示, 类比倒立摆, 控制车轮做加速运动, 得到车模恢复力:

式[1] 中k1 是车轮加速度a与偏角 θ 的比例。 因为空气中存在摩擦力, 即阻尼力, 则式[1] 变作:

式[3] 中k1 大于g, k2 大于0;k1 决定了车模平衡的位置, k2 决定了车模的响应时间。

从上述数学模型中可以看出, 只需知道车模的倾角及角速度, 即可推得车轮的加速度, 从而可以控制电机的转速, 实现对车轮的正确控制。

2 控制系统设计

控制系统的整体设计方案是: 通过陀螺仪测得车模的倾角和角速度, 加速度计用来消除陀螺仪角度漂移。 两者测得数据经过A/D转换输入到控制器中, 经过卡尔曼滤波得到可靠的车模角度。 同时编码器测得车轮速度传递到控制器中。 处理器经过PID算法结合车模角度和车轮速度输出PWM控制量驱动电机运转, 改变车轮的转速。 具体框图如图2 所示。

系统整体采用PID控制算法, 如图3 所示。 在速度控制和角度控制中都使用了微分环节, 目的是使车模快速的稳定下来, 加快了响应时间。 速度控制的积分环节是为了消除速度的控制误差。

3 主要硬件设计

3.1 电源模块

单片机、各传感器、电机驱动模块、显示模块都要用到直流电。 本设计采用12V, 1A锂电池供电, 采用LM2596 稳压片进行降压, 最后输出5V到主板和各个传感器。

3.2 姿态角采集传感器

通过前面的力学分析可知要使车模能够稳定的直立, 需要测得车模的角度与角速度的信息, 然后通过卡尔曼滤波得到可靠的姿态角。 姿态角的获取采用陀螺仪和加速度计测量。该模块采用了六轴惯性传感器MPU6050, 该芯片集成了3 轴陀螺仪MEMS传感器和3 轴加速度计MEMS传感器。 该设计有效避免了两路传感器的轴间差问题。 现简述陀螺仪和加速度计的工作机理:

陀螺仪:陀螺仪安装在车模上, 可以测量车模的角速度, 角速度通过积分便可得到角度值。 车模运动会产生噪声, 同时其他因素会产生噪声, 但车模运动的噪声占主要部分, 而车模的运动不会对车模的角速度产生影响, 所以噪声对陀螺仪的测量信号影响很小, 因此通过陀螺仪可以得到可靠的角速度信号。 积分又使得信号更加平滑, 所以陀螺仪可以得到角度值。 但是, 陀螺仪输出的角度值是通过角速度积分得到的, 如果角速度存在即使很微小的偏差, 经过积分后就会形成累计误差, 从而将偏差放大, 从而输出错误的角度信号。 为了解决此问题, 该设计通过其他途径同时获得角度信号, 然后与陀螺仪输出角度信号进行比对, 从而获得可靠的角度信号。 另一角度信号的获得通过加速度计来实现。

加速度计: 加速度计可以测量重力作用或者物体运动所产生的加速度。 该设计采用加速度计z轴上的信号。 当车模直立时, 输出信号的电压值为0, 当车模倾斜时, 重力在z轴方向上产生加速度g的分量, 从而使电压值发生改变。 其中:

式[4] 中k代表加速度计的灵敏系数;θ 值很小。

从该式中可以看出, 加速度计可以获得车模的角度值。 但同时车模的运动会对车模的加速度产生很大影响, 从而使加速度计产生的角度信号发生偏差。

该设计通过比对陀螺仪和加速度计产生的角度信号, 将其比对误差进行比例放大, 叠加到陀螺仪测得的角速度值里共同积分, 从而获得可靠的角度信号值。

3.3 编码器

该模块采用AB相增量式霍尔编码器, 自带上拉整形, 单片机可以直接读取。 该编码器可以通过转动时输出脉冲来检测确定其位置。 该编码器内部有两对光电耦合器, 输出脉冲是相位差是90 的两组脉冲序列, 通过判断两路脉冲的超前和滞后判断车轮的正转和反转。

3.4 电机驱动模块

本设计采用额定电压12V电机, 通过TB6612FNG驱动芯片进行供电。 左右两轮单独控制, 所以采用两个电机。 驱动电机PWM采用单极性驱动, 以便提高电源效率。 又由于车轮转动存在正转和反转两个方向, 所以两个电机共采用四个PWM信号。

3.5 显示模块

该模块采用OLED显示屏, 可以显示车模的角度, 车轮转速, 以及PID控制中的各个参数, 方便对车模进行调试。

4 软件设计

算法图如图6。

软件部分主要包括对各传感器的数据的采集和处理; 输出可靠的PWM控制信号控制电机的运行; 车模的直立、速度和方向控制;车模运行初始化和显示部分。

PID算法是将卡尔曼滤波后的角度值与速度反馈得到值进行反馈控制。

卡尔曼滤波是一种递归的最优化估计, 其原理是:根据k-1 时刻的最优角度值和其偏差预测得到k时刻的角度值, 同时用k-1 时刻的最优值的偏差和k时刻的预测值的偏差共同产生k时刻的预测值的高斯白噪声, 同时根据测量值和预测值的协方差来判断出两个值的权重的大小, 从而计算出此刻的最优角度值。 再根据k时刻的最优角度值和计算出的偏差进行预测k+1 时刻的角度值。

5 测试结果

对代码中直立控制, 方向控制, 速度控制中的参数进行多次调整, 最终经过上位机测试, 由图7 可以看出平衡车平衡十分稳定, 系统运行平稳可靠。

6 结束语

两轮平衡车是一个相对复杂的系统, 它对传感器技术和智能控制技术有很高的要求。 文章给出了一种设计方案并成功实现两轮平衡车的自平衡控制。 对于具体的软件设计代码、遥控控制、超声波避障功能未做深入的讨论。 双轮平衡车作为一种可以代步的使用工具, 其节能、灵巧、高效、环保等优点使其具有很大的市场潜力, 积极投资和研发双轮平衡车的优化设计, 将带来更大的市场经济效益, 促进经济的发展。

参考文献

[1]彭丁聪.卡尔曼滤波的基本原理及应用[J].软件导刊, 2009.

[2]袁泽睿.两轮自平衡机器人控制算法的研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2006.

[3]胡寿松.自动控制原理[M].北京:科学出版社, 2001.

篇4：平衡车真能保“平衡”吗

90后上班族汪先生告诉记者：“平衡车在我的朋友圈中很流行，只要稍加学习，就能掌握技巧。北京虽说公交地铁站点多，可是还是要步行一段时间。自从有个这个代步工具，出行方便多了，很轻松地就可以在大街小巷中穿梭，既低碳又环保。”

眼下这种外型时尚、便于携带的电动平衡车很受年轻人追捧，它逐渐成为一些白领的日常出行工具。可是，这种新型代步工具的安全性能如何？真的能在关键时刻保“平衡”吗？

新潮代步工具强势来袭

在现代社会中，人们的生活节奏不断加快，城市的建设也日新月异。但与此同时，川流不息车辆越来越多，人口越来越密集，道路越来越拥挤，大都市的人们每天挤地铁、公交上班。突然出现一种新潮的交通工具，它满足了人们在拥挤的城市中穿梭漂移的愿望，越来越多的年轻人将其作为一种新型代步工具，取代滑板、轮滑与自行车，它就是时下最流行的电动平衡车。

电动平衡车，又名体感车、智感车、思维车、摄位车，主要由左右轮、操作杆、车头、电池、底盘等部件组成。其运作原理类似人体自身的平衡系统，当身体重心前后倾时，利用车体内部的陀螺仪和加速度传感器检测出车体姿态的变化，精确地驱动电机进行相应的调整，以保持系统的平衡。人可通过调整操作杆的转向来把握方向。平衡车由一个锂电池组来供能，单次充电可达30公里左右的续航里程和20公里的最高时速。

在北京上海，有不少平衡车的实体店。记者走访了位于北京海淀区万柳附近的一家电动平衡车专卖店，店里展出近十种平衡车，外形时尚大方，颜色缤纷多样，十分吸引人眼球。店员小王告诉记者：“我从2014年开始销售平衡车，由于很多明星在使用，所以一般都是追求时尚潮流的年轻人在购买。我们家的电动平衡车分为独轮车和双轮车，国产的价格稍便宜在几千元左右，最贵的进口的要5万多，都是正规厂家生产。平衡车可以在旅游的时候使用，也可作为短途代步工具，使用起来很方便。”前来挑选的童先生对电动平衡车的前景很是看好，“我的女朋友自从看到了电视上有人使用这个平衡车就特别想要，今天特地来挑选一个送给她。我认为电动平衡车会越来越流行，因为这个很省力又环保，如果再便宜一点就好了。”

记者又上网搜寻了某著名电商网站，上面的单轮的平衡车较便宜，价格在1000元～5000元之间；双轮平衡车价格则普遍在5000元～60000元之间。其中销量最高的一款双轮平衡车价格为6000多元，累计成交2000件，月销量也达200件。客服告诉记者：“我们家的产品都有合格证，产品质保1年。可以让你节省时间，摆脱堵车停车烦恼，想去哪儿就去哪儿。”

但记者也在多个介绍其产品网页中发现，好多都标有建议不要擅自在机动车与非机动车道行驶。这不是和之前商家宣传的“随心所欲出行”相悖吗？

打破交通安全平衡

赛格威公司是全世界最早研制出电动平衡车的公司。2010年9月26日，美国赛格威公司老板吉米在美国自家别墅附近骑行自己公司生产的电动平衡车，不小心在山路中被绊倒，最后连人带车坠下悬崖，掉入沃夫河中，不幸身亡。

著名演员高虎在2014年8月，骑行两轮电动平衡车，因速度过快不慎摔倒在地，而依旧飞奔的平衡车却撞上一辆宝马车。

也许在很多平衡车爱好者看来，这类车操作简易、便于携带、绿色环保，是日常上班代步的最佳工具。可是一旦出现了事故，掀翻在地摔破裤子只是小事，但如在山路崎岖或者车水马龙中失控，后果则不堪设想。事实是，电动平衡车相比机动车与自行车、摩托车等常用交通工具，本身就存在较大的安全隐患，主要有以下两点。

隐患一：平衡车没有方向盘、油门和刹车，完全依靠骑行者的身体倾斜程度来控制，也不符合相应的安全技术标准。作为非机动车，它的最高时速能达到20公里每小时，和一般的自行车差不多，但要是控制不好，人一紧张就很难停下来，威胁自身的安全。

隐患二：平衡车没有牌照，也不需要驾驶者用相关的行驶证，导致事故赔偿难度大，受害人权益难以保障。因为很多人使用电动平衡车非常随意，可能妨碍其他车辆的正常通行，影响了道路交通的有序畅通。而且电动平衡车无证、无牌，无法获取车主和车辆信息，交警即使发现其交通违法行为也难以进行追究。加上平衡车无法购买车辆保险、第三者责任险等，因此由交通事故带来的损失只能自付，如果发生肇事逃逸，会给交通事故的调查处置带来很大困难，使受害人的权益得不到应有的保障。

记者发现，《道路交通安全法实施条例》中没有明文规定电动平衡车的形式条例。但是，其中有规定行人在道路上不得使用滑板、旱冰鞋等滑行工具，而平衡车与其性质相近，这意味着平衡车也应该不能开上人行道。而工信部网站的《车辆生产企业和产品目录》中也未提到电动平衡车，这也说明相关条例对于这个新生交通代步工具规范的缺失。

上海交警部门曾表示，平衡车属于新生事物，目前还无法对其作出法律与法规上的界定。但可以肯定的是，平衡车并不具备道路行驶权，因此除了封闭的小区道路等环境，市民不应该在机动车以及非机动车道上行驶这类平衡车。平衡车在质量方面也存在同样问题，据了解质监部门没有对平衡车的质量安全标准作具体界定，如果碰到具体的产品质量问题，消费者只能直接与商家进行协商沟通。

交通工具需和路权相对应，通过交通法规来约束，才能在行驶中保证安全，电动平衡车的出现无疑打破了交通安全平衡。在非机动车道上使用滑板、旱冰鞋、电动平衡车的行为应当不能影响他人的行路权，并确保他人安全。随着电动平衡车的数量增多，有关方面如何采取措施来避免相关的安全隐患是亟待解决的问题。

倡导健康出行方式

随着经济社会的快速发展，人们的代步工具从自行车、电动车、摩托车到汽车。使用家用小汽车的初衷是为了追求交通便利，可是现在让我们的道路变得越来越拥挤，空气污染越来越严重。现在又出现了电动平衡车，可是这个看似新潮、绿色、环保的代步工具有着诸多的安全隐患，而且对人们的身体健康无利。

在越来越重视健康的今天，选择公共交通工具、自行车或步行等绿色交通方式出行才是值得现代人们倡导的健康出行方式。这对我们的身心健康也是大有益处的，平日里选择步行、骑单车等健康出行方式，不仅可以强身健体、愉悦身心，还可以保护环境，促进人与自然和谐共处。

英国研究人员对全国2万人进行了一项调查，研究内容是各种健康指标与人们去上班的方式之间存在的关系。结果发现，相较于那些开车或乘出租车通勤的人，骑车、步行和乘坐公交的上班族不大可能身体超重。美国的健康保障部门也推荐成年人每周应该至少花两个半小时进行有氧运动，或者花一个小时十五分钟进行强度运动。此外，较之开车上班的人，步行上班的员工罹患高血压的可能性减少17%，员工可以减少患上心脏病的风险。使用汽车、摩托车或出租车去上班的人有19%的人身体肥胖，而走着去上班的人中有15%的肥胖者，骑自行车的人中肥胖者有13%。从中可以看出，在上下班途中进行锻炼，即把身体活动渗入到日常生活中，采取走路、骑自行车或乘坐公交车的方式去上班容易帮助人们实现日常锻炼量，有利于健康。

篇5：玩平衡车的作文

我的平衡车全身呈流线型，两片大耳朵似的挡泥板护着脚一样的轮子。踏板前方两排蓝色的LED灯一闪一闪的，像眼睛一样。它全身乌黑，好像一个非洲人。它的皮肤油亮光滑，在灯光下闪着一阵阵帅气的光芒。我对它爱不释手，恨不得晚上抱着它睡觉才好。

它小巧灵活，最多可以承受260斤的重量，听说许多大人拿它当代步工具呢，我不得不佩服它的力量之大。当我将它开启时，一个声音传来：“欢迎使用，请小心驾驶，注意安全。”原来是平衡车在提醒我呀!我一站在它身上，它就滴滴地叫上两声，好像在说：“我的小主人，我准备好了。”然后就顺从地听我指挥。我的重心前倾，他就向前冲，反之，他则往后退。当我把双脚一前一后地叉开，便可在原地旋转了。行走时两排小灯一闪一闪的`，好像在和我打招呼哩。

平时不下雨，我在户外骑行，一下雨我就在房间里骑。我可是个野性十足的主，觉得在房间里穿梭还不够带劲儿，便决定在房中跳舞了，因为这个活动量比较大。于是我拿了老爸的手机，用蓝牙连接了我的平衡车，然后从它身上放了一首《鬼步舞》。随着动感的音乐，我把向奈儿教我们的舞步在它身上演练起来。哇，我第一次发现，我一个男生也蛮有舞蹈天赋的嘛。我越跳越兴奋，干脆蹲下来在原地转圈。我将手放在两片挡泥板上，右脚前倾左脚后退，平衡车飞快地转起来，连同我一起成了一个巨大的黑色陀螺。?纾?我没料到它的力量如此之大，竟然把我甩了出去。真是乐极生悲呀!

篇6：我的平衡车作文600字

过年了，爸爸送我一个新礼物——一辆平衡车。

平衡车是个新玩意，和自行车一样，也是一种代步工具，不过它是靠身体的重心来控制的，而自行车是靠把手来控制的。

我的平衡车远看像一只大白兔，近看像一只没有把手的自行车。它还挺漂亮哩，全身上下有三种颜色：以白色为主，外加黑色和蓝色。

一开始，我只能扶着椅子慢慢开，不敢开快;开快了，若平衡不好，车子会撞来撞去，把家里弄得一团糟。于是我不断练习，仔细琢磨，慢慢地，就可以放开椅子自己开了，心里有说不出的高兴。后来我越开越快，越开越来劲，就这样，我无师自通，很快就学会了开平衡车。啊啊，看来我以后去图书馆也可以开去了。我还可以开着平衡车去小区的小公园里绕了一圈，开着它去物业拿快递。只要是短距离的，都可以开着它出行，我越想越开心，越想越自豪。

开到外面去，平衡车会不会被人偷走?它可是我的宝贝呢。别看平衡车加不了锁，但是它是很难被偷走的.，为什么呢?因为它有个车钥匙，车钥匙是平衡车的开关，上面有A、B、C、D四个按键，只要一按A，车子就可以开动啦。

平衡车的最高时速为12千米/小时，一次性可以开20千米，差不多可以从家到学校往返两次。可惜学校没地方放，何况老师也决不允许我开呀!

平衡车不仅可以坐着开，还可以站着开，多灵活啊!只不过站着更累一点，更难一点。我现在坐着已经很熟练了，但站着还不太熟练。我以后要多开开，而且要站着开，要站着开也很熟练。

篇7：学平衡车的启示作文

我刚坐上去，它就动了起来，而且飞快地向前跑。它刚跑了一会儿，“砰”的一声，把我摔了个四脚朝天。我想，是不是速度太快了，要不再重来一次。于是，我又坐了上去，妈妈在后面扶着。可是，它的速度还是很快，妈妈根本就追不上。过了一会儿，车子又打起转来，转得我头晕眼花。我感觉胃来了个大翻转，把中午吃的饭全都吐了出来。于是，我对平衡车失去了兴趣。

后来，在妈妈的鼓励下，我又开始学起来骑车。这一次，我骑车的速度还算比较稳。我刚骑了一会儿，就到了下坡路，车子又一次飞快地向前跑。功夫不负有心人。经过一段时间的努力练习，我现在骑车的`技术熟练多了。

篇8：两轮直立车平衡控制系统的设计

1 设计方案

考虑到传感器能够感应的电压信号较小,因此通过集成运放将信号扩大,接着将信号检波成直流电平并送入AD口。同步输入编码器信号,通过输入捕捉通道计算出两轮直立车的行驶速度。

通过PID控制算法,对舵机进行控制,并通过连续控制函数对数值进行修正,保证转向的精确性和连续性。将驱动电机的频率设置为8kHZ,并对电机的输出功率进行调整。通过LC并联谐振,得到电磁信号,该信号是模拟信号。对两轮直立车轮子的转速进行改变,从而实现对两轮车方向、速度以及平衡的控制。这是因为在传感器当中,有用来检测方向的电感,用来检测速度的旋转编码器,用来检测平衡的加速度计和陀螺仪。注意在控制车模的方向、速度和直立这3个环节当中,都应该使用PID控制,其输出量会通过对电机运动的叠加控制完成。具体分析:通过PD控制车模的方向,通过PI控制车模的速度,通过PD控制车模的倾角。值得注意的是,在调节速度的过程中,应做到平滑和缓慢,这是因为车模属于非最小的相位系统,如果反馈控制的速度和比例过大,那么很容易导致正反馈,从而打破系统的稳定性,使车模失控。

2 二轮直立车平衡控制系统硬件系统的设计

图1为硬件的结构图。

以模块化为主要的设计思想和指导,对硬件的系统进行设计。在测速模块当中,将光栅当作测速的传感器,对速度进行每5ms的计算,并在每50ms对速度进行一次调整,400个脉冲为1m/s的速度,要求精度达到0.25cm/脉冲。这样的设计完全能够满足智能车的行走和控制。

两轮直立车的核心就是电源,在设计时,要求尽量的简单和稳定,并能够满足车辆行驶所需。通过两片TPS7350分别为单片机和直立传感器及检波电路供电,而且通过测试发现性能良好。车模的直立传感器是用来检测当前的倾角,并对倾角的变化率进行预估和测定,但是各有分工:加速度传感器MMA7260用来检测倾角,而陀螺仪ENC-03MB用来检测倾角的变化率。通过双电源运放的使用,能够加大输出的直流电压。但是在设计中我们必须注意到,高精度多圈的滑动变阻器的使用会对信号产生较大的影响,两轮直立车容易在弯道处出现电压突变,因此必须进行改善或修正。而如果使用单电源进行供电,就必须考虑到需要放大的信号非常弱,所以单位增益宽带至少要在1M以上,才能较为优秀地对小的、弱的信号较小放大。通过反复的修正和对比,最后在设计中使用了NE5532放大电路,对谐振电压进行放大。该放大电路具有线性度好、避免信号失真、放大电路简单等优点,我们发现,在该放大电路中,只要存在2.5V左右的抬压,哪怕是一个,也可以不用负电压,这样能够方便电路的设计和优化。放大电路如图2所示。

3软件控制的流程图(图3)

各个功能模块均通过C语言编程对子函数进行编写。通过上图可知,需要编写的功能模块包括了:各个传感器信号的处理和采集;车模的方向控制、速度控制和直立控制、电机PWM输出;车模的状态监控;车模的启动和结束监控;程序的初始化等。

4 结束语

综上所述,相较于四轮车来说,两轮直立车的行动更加的方便和灵活,这主要是因为两轮车能够大大减少转弯时的半径。两轮直立车通过电磁传感器对路径信息进行采集,从而实现对方向的控制,并通过采集速度信号,实现对速度的控制。随着研究的深入和发展,两轮直立车的平衡控制系统会更加的优化和完善,使两轮直立车在生活中得到更加广泛的运用。

参考文献

[1]王悦,杨文超,陈晓琴等.基于飞思卡尔单片机的两轮车控制系统设计[J].电子世界,2013,29(13):10-11.

[2]王一帆.两轮自平衡小车平衡控制系统的品质研究[D].西安电子科技大学,201 1.

[3]魏文,段晨东,高精隆等.基于数据融合的两轮自平衡小车控制系统设计[J].电子技术应用,2013,39(15):179-181,85.

篇9：平衡车的启示作文500字

到了周末，我和妈妈一起去买平衡车，人家让在这里试骑。我先是前脚一迈，我的后脚还没等待着上去，这个调皮的平衡车就开始跳舞、转圈了，随后我就摔了个四脚朝天。我对妈妈说：“妈妈，我不想骑了，咱们回家骑吧!”妈妈说：“不要放弃，坚持就是胜利。”我就紧牙继续练习。妈妈在旁边给我打气，成为我的保护伞。鼓励着我要坚持下去，我勇敢的又站了起来。这一次不用任何扶手和辅助，还要决定自己来完成这个平衡的考验。

首先我的左脚迈了上去，然后我的右脚也跟着迈了上去，结果让我万万没有想到是我竟然成功了!我兴奋不已!接着卖平衡车的人说：“如果你想让他往前直走，你就让你的脚往下压，如果想加速的话就让脚用力一点儿，要是想拐弯的话，就一个脚轻，一个脚用力。”你慢慢尝试一下。

篇10：学平衡车作文

看着周围小伙伴们一个个踩着平衡车像鱼儿一样自由自在地在广场上“游来游去”，我羡慕极了。于是，我从网上也买了一台平衡车。这个平衡车全身银白色，它与手机连上蓝牙踩上去会播放出各种不同的美妙的音乐。如果在夜晚玩平衡车，车轱辘上会呈现出七彩的光芒，漂亮极了。

上星期天早上，爸爸带我去云中河公园学平衡车。我们在公园找了一块宽广的空地。我想象着自己马上就能踩着心爱的平衡车奔驰在地面上时，我兴奋极了!可是事实上并非如此。我刚踩上平衡车，车身就开始猛烈地摇晃。我也像醉汉一样左摇右摆。幸亏有爸爸在身边陪着我，我才没摔个大马趴。试了好几次，我的小腿都开始抽筋了，还是没有学会平衡车。我开始灰心丧气了，想放弃学平衡车。爸爸不断鼓励我：“世上无难事，只怕有心人。”最后，我咬着牙坚持了一遍又一遍，终于快到中午的时候学会了平衡车。我踩着平衡车在路上奔驰着，心里比蜜还甜。

通过这次学平衡车，我明白了一个道理：失败是成功之母。只要不怕失败，坚持下去就会取得成功。

篇11：平衡车作文

我满怀欣喜地扛着平衡车去楼下玩。我小心翼翼地先把一只脚放在车上，等绿灯亮起，又快速地把另一个只脚放到车上去。一开始，我还没找到门道，车子胡乱地转来转去，前前后后地乱跑，差点儿害我摔个大跟头呢!不过，没过几分钟，我就找到了窍门，玩得很自如了呢!瞧，我身子往前一倾，平衡车就立刻往前走了;身体往后一倒，它就减速、停车、倒退;左脚用力，它跟着往右转;右脚一用力，平衡车自然往左拐了。哈哈!我和平衡车合二为一，我想去哪儿，用脚一指令，它就会乖乖地听我的话。平衡车就变成了我的风火轮，带给我飞一般的感觉。

平时，只要有空，我和好朋友们就会聚在一起，并肩同行。大家一会儿在广场上转圈，一会儿在坡道上滑行，一会儿在地上连续打s形。广场上飘荡着我们欢乐的笑声。

篇12：友谊的平衡车

西安电子科技大学研究出了自平衡两轮小车, 它是由一种两轮式左右并行布置机构的自平衡系统。他选择两个Maxson电机作为执行元件, 采用自适应神经模糊控制器对小车这一非线性对象进行控制, 从而实现系统的自平衡。

Arduino目前主要运用于飞行控制方面, 我们阅读其内部封装的程序语言, 并在理解的基础上实现自由运用, 将其移植在二轮自平衡小车上。利用MATLAB进行仿真, 为其实现具体功能进行控制方面的建模, 运用自动控制原理设计姿态、运动闭环控制系统的控制器以及控制参数的整定。

本文所述小车运用Arduino平台对二轮平衡车实现运动姿态的控制, 以实现二轮小车的自动平衡功能, 并在此基础上增加障碍避让, 定点定航等功能, 开发出基于Arduino平台的二轮平衡排爆车。

利用四个状态量组成负反馈, 记反馈增益为K, 在下文计算得出。

为了对理论的出的结论进行更好的仿真, 我们借助MATLAB强大的数学计算, 利用极点配置方法计算反馈增益, 同时通过Simulink仿真的方式比较不同极点下, 小车的动态性能和稳态性能, 以此为小车选择相对较优的平衡参数。

采用极点配置法, 取期望极点为P1= (-9+18×j-9-18×j-10-20) , 利用MATLAB中的place、acker等函数, 计算得出K=acker (A, B, P) = () 。带入Simulink中可得如图仿真结果, 结果如图。

通过MATLAB仿真, 我们可以看出:靠近原点的极点, K值小, 曲线收敛速度慢, 小车的动态性能不足, 但是波动较小, 产生超调量较小, 不会引起小车的不稳定。

目前二轮平衡车仅用于载人代步工具, 我们的项目是一种对二轮平衡小车新的开发方向, 为后期的新思路, 新创意积累宝贵经验。特别是将二轮平衡小车用于排爆, 其具有占地面积小, 高度可调节, 适用性好, 成本低, 安全可靠, 再开发潜力大等特点, 灵活机动, 可以做不同动作, 适应于排爆时的复杂条件, 具有非常巨大的实用价值。

参考文献

[1]杨继志, 郭敬.Arduino的互动产品平台创新设计[J].单片机与嵌入式系统应用, 2012, 4.

[2]蔡睿妍.Arduino的原理及应用[J].电子设计工程, 2012 (16) .

篇13：平衡车作文

晚上，我和爸爸出门了。我欢快地骑上平衡车，并且我和爸爸给它起了一个“白米饭”的名字。“白米饭”不带把手，直接用腿控制方向。

一开始，我很害怕，上也上不去，下也下不来，骑也不会骑。可后来，我慢慢找到了感觉，站在上面，车就“哧”一下子跑了起来。我练习着前进和后退，忽然在小区里发现一个熟悉的身影。“汪奕成!”我大声叫道，他一回头，果然就是汪奕成。他骑着自己的变速自行车，和我来了一场比赛。

因为我是新手，“白米饭”最快也就15公里的时速，于是汪奕成先让我了30秒。谁知，他那30秒其实只有10秒的时间，我越跑越快，一不留神平衡车差点掉到了坑里。汪奕成追上了我，他那自行车骑得可真快啊，我觉得都能在国际大赛上拿冠军呢。

我们玩了一会，天也渐渐黑了。汪奕成也回家了，我和爸爸也要回家了。不过我也遇到了新麻烦，上车和下车。上车我要扶着爸爸，下车，也是如此。我练了一次次，终于可以独立上上下下了。

篇14：平衡车作文

这辆平衡车是上学期爸爸给我买的，那天我们看完电影正要往停车场走，我突然看见一家小米店的展台上有一白一黑两辆平衡车，我一下就朝那辆黑色的车奔去，我对着它目不转睛地看了好久，爸爸过来了，说：“你喜欢这辆平衡车吗?”我点点头，“那我就买给你”，于是爸爸给我买下了这辆黑色的平衡车。

这辆平衡车可真酷!它有一身黑色的外壳，散发着金属的光泽，最奇特的地方就是这辆平衡车的尾灯了，只要你一蹬上平衡车的踏板，车的尾灯就会发出蓝色的光芒;如果让车转弯的话，车的笔灯就会瞬间变成黄色，并且你向哪一边转弯，车尾灯的哪一边就会不停闪烁;当向后倒车的时候，车的尾灯就会发出刺眼的红光;而且，当车开得速度很快的时候，车的尾光会变得五彩缤纷。

有一回，我和另一个骑平衡车的小孩儿玩儿“碰碰平衡车”，我们两个脚蹬平衡车，将两支胳膊护在前胸，在一起互相对撞，最后我们两个人用全部的力量撞在了一起，结果都摔了个四“脚”朝天，而我们俩也开心得哈哈太笑。

篇15：平衡车作文

平衡车是彩色的，方便走路和携带。我和妈妈去益田假日买东西的时候刚好看到有免费骑平衡车的地方，我赶快叫妈妈陪我过去。第一次，我一站上去就要摔下来。一个大姐姐告诉我：“平衡车不会倒的.。”大姐姐扶着我慢慢骑。骑上去的时候，我心想：“好难，我不想骑了”。可是我下来的时候，我觉得还想骑。

第二次，去益田假日看电影回来的时候，又看到免费骑平衡车的地方，我又去骑，又进步了。现在我可以转弯、直走和后退了。

第三次，我可以上车和下车了，我感觉自己已经完全会了。我赶快回家，让爸爸给我买车，他答应了。

篇16：友谊的平衡车

针对姿态传感器的数据滤波融合问题, 学者们提出了很多方法, 文献[3—8]利用卡尔曼滤波 (Kalman filter, KF) 及扩展卡尔曼滤波算法实现了自平衡车及自平衡机器人的姿态角估计, 但是由于卡尔曼滤波算法需要构造系统状态向量和观测向量, 算法设计复杂, 运算量大。文献[9]利用基本互补滤波算法 (complementary filter, CF) 进行了姿态角估计的仿真及实际系统测试, 该算法简单易实现, 但是估算精度不高。文献[10]和文献[11]提出了利用显性互补滤波算法 (Explicit Complementary Filter, ECF) 进一步提高了无人机飞行姿态估算精度, 其从频率域来分辨和消除干扰, 不需要考虑信号的统计特性, 不需要对干扰信号精确建模, 简洁清晰的算法思路易于实现, 可方便地移植到嵌入式系统中。根据车体不同运动状态的特点, 提出了一种改进的互补滤波算法, 参数可调的自适应显性互补滤波算法 (adaptive explicit complementary filter, AECF) , 形成了自平衡车姿态角度惯性测量单元, 实现了高精度的自平衡车倾斜角度测量, 将该惯性姿态测量单元应用于自行设计的两轮载人自平衡车中, 获得了较好的控制效果。

1 倾斜角测量单元硬件设计

姿态测量单元硬件设计中, 检测传感器选用了全球首个六轴惯性传感器MPU6050, 它是一款整合了三轴加速度计和三轴陀螺仪的MEMS传感器, 有效避免了陀螺仪与加速度计的轴间差问题。其内部具有截止频率可变的硬件低通滤波器、FIFO (first input first output) 缓存队列及数字运动协处理器 (DMP) 等辅助功能, 具备自校准及自我检测的能力, 可以通过400 Kb/s的I2C总线接口和控制器交换数据, 能够满足各种运动检测场合的需求, 图1所示为其输出各轴向分量与姿态角对应关系示意图, 根据本系统传感器MPU6050与车体的位置关系可知, 车体的姿态角度 (即倾斜角) 可用俯仰角θ来描述[12]。系统主控单元选用新型高效微处理器STM32F373, 该测量单元硬件电路具有设计简单, 性价比高等特点。

2 倾斜角测量单元滤波器设计

2.1 基于四元数的陀螺仪定姿算法

由于四元数描述的刚体姿态旋转具有速度快, 精度高且无奇异点等特点, 提出了一种基于四元数的参数可自适应调节的显性互补滤波算法。

根据姿态四元数微分方程[13]

式 (1) 中, Ω=[0ωxωyωz]为陀螺仪输出的旋转角速度构成的载体坐标系下的四元数向量, Qest为上一次四元数向量, 表示四元数叉乘运算, 通过该式可将载体坐标系的角速度转换到绝对坐标系下, 再通过对积分来实现对绝对坐标系下姿态四元数的更新。离散化后的具体实现过程为

即

四元数的更新迭代公式为

式中, 下标i取值为1, 2, 3, 4。Δt为系统采样周期。根据更新后的四元数, 可获得对应的旋转矩阵, 进而得到四元数表示的车体倾斜角

式 (4) 中, 分别为更新后的四元数[13]。由于陀螺仪受积分漂移、低频噪声等影响, 将不可避免地导致所得姿态角随时间发散, 测量误差较大, 图2中虚线为直接利用陀螺仪测量值进行积分得到的静态姿态角, 可以看出, 经过4 min左右的时间, 角度值已经漂移了约10°。

2.2 加速度计定姿方法

三轴加速度计可直接输出载体坐标系下的三个轴向的角速度分量, 根据这三个角速度分量便可直接获得横滚角和俯仰角θ。由图1所示加速度计三轴向分量与车体倾斜角之间的关系可得

由于加速度计易受到高频干扰信号及系统运动加速度影响, 因此其动态角度测量误差大, 不适合进行动态系统的角度测量。由图2和图7 (a) 可见静态和动态时加速度计直接测量值都存在较大毛刺, 当其在运动加速度较大时测量误差则更大。

2.3 自适应显性互补滤波器设计

由以上分析可知, 陀螺仪输出的角速度直接进行积分便可得到姿态角, 其具有较好的动态性能, 可提供瞬间的动态角度变化, 但是由于积分漂移和低频噪声的影响, 使得其不适合长时间单独工作。而加速度计具有良好的静态性能, 可提供较为准确的静态角度值, 但其会受到高频干扰的影响, 叠加系统运动加速度, 动态测量误差较大。单个传感器直接测量的角度精度较低, 因而, 将两者的优点结合, 滤除各自的干扰信号, 显得尤为重要。下面介绍一种基于四元数解算的参数可自适应调节的显性互补滤波算法。

2.3.1 显性互补滤波算法

显性互补滤波算法是思想为:首先, 将加速度计测得的数据与上次估计值之间的误差经比例积分 (PI) 低通滤波, 有效滤除加速度计的高频干扰;然后, 将滤波后的加速度计测量误差对陀螺仪测量的角速度进行补偿修正, 滤除陀螺仪的积分漂移等低频干扰;最后, 积分求得新的最优姿态四元数。该滤波算法中PI调节器使系统滤波器由一阶变成了二阶低通滤波, 提高了低通阻带衰减速度, 调节PI环节中比例和积分系数便可获得较好滤波效果, 其总体结构图如图3所示。

2.3.2 自适应显性互补滤波算法

显性互补滤波算法的主要问题是PI参数的选取, 通常两个参数根据实际调试情况选取一定值, 较大的KP值对应了较大的滤波截止频率, 其取值太大, 高频滤波效果差, 毛刺较多, 太小回零速度较慢;KI一般取KP的几十或几百分之一。然而, 由于不同运动状态时, 陀螺仪需要的补偿是不同的, 固定的参数无法保证所有运动状态均获得最优估计值。根据对陀螺仪和加速度计两种传感器特点可知, 当平衡车姿态变化缓慢具有弱运动加速度, 或静止无加速度运行时, 即静止或匀速运动时, 加速度计可测得更为准确的倾斜角, 此时应将取较大的比例系数KP;当车体运行在较大加速度或姿态变化剧烈时, 将KP取较小值, 此时主要依靠陀螺仪进行姿态测量, 积分系数KI本身取值较小, 对系统影响不大, 因此其取值不进行调节。因而, 对于比例系数KP设计了如下自适应调整规则:

式 (6) 中, |Ea|为上一次车体坐标系下的重力加速度三轴向分量值与加速度计三轴向测量值误差向量的模值, |ωy|为陀螺仪输出Y轴角速度绝对值。参数α用来保证系统运动加速度不大时互补滤波静态精度, β1及β2根据系统姿态数据及互补滤波器容忍度确定[14]。

改进后的参数可调的自适应算法框图如图4所示。利用自适应显性互补滤波算法进行车体倾斜角估算的具体实现步骤如下。

1) 初始化:进行系统初始化设置和传感器输出数据预处理, 并设置初始四元数Q0=[q1q2q3q4]=[1 0 0 0]。

2) 对传感器输出三个轴向加速度测量值并进行标准化, 得车体坐标系下的三轴向加速度分量构成的向量

式 (7) 中, |A|为四元数向量的模, 表示了四元数到原点的距离。

3) 将上次估算出的四元数经坐标变换式:

式 (8) 中, 为标准化的重力场的绝对参考方向[0 0 0 1], 将四元数描述的地理坐标系下的重力加速度变换到车体坐标系下, 得车体坐标系下的重力加速度三轴向分量值。

4) 将第2) 步获得的加速度测量值向量与第3) 步前一次估算结果进行向量叉乘运算, 得误差向量

5) 根据车体不同运动状态, 调节补偿算法中的参数KP, 将误差再进行比例积分运算, 求得系统陀螺仪补偿修正值向量

6) 获取陀螺仪测量的角速度值, 将其与上述所得补偿值融合得融合后的角速度

再代入四元数微分方程式 (2) , 得出角速度微分四元数。

7) 利用式 (3) 对互补滤波后的姿态微分四元数进行积分, 积分时间为采样周期, 然后利用式

进行标准化, 即可得最新的姿态估计值。

8) 最后利用式 (4) 解得车体倾斜角度估计值。

经过该算法得到的倾斜角为弧度值, 将其转换为度便可获得其真实角度值方便观测调试。从以上步骤可见, 该算法思路清晰, 计算量小, 易于实现。限于篇幅, 其中部分公式详细推导过程请参考文献[15]。

3 实验测试结果分析

实验平台选用ARM Cortex-M4内核的STM32F373芯片为系统主控单元, 与六轴惯性传感器MPU6050通过I2C总线进行连接, 为方便调试, 系统还设计了无线数据通讯模块, 该模块利用2.4GHz高速无线数据通讯模块nRF24L01, 通过SPI通信总线和主控制器连接, 然后发送由nRF24L01和STM32F103组成的无线数据接收端, 利用STM32F103自带的全速USB接口连接上位机进行通信[16]。实际测试结果通过PC机上开发的上位机进行实时显示, 每次迭代运算后, 数据即可通过串口发送到由C#开发的上位机界面上实时显示, 该界面可同时显示八种实时数据, 且可改变角度曲线显示范围, 可显示±1°内角度实时曲线。平衡车系统样机及上位机调试界面如图5所示。

根据系统姿态变化情况分析, 经多次测试, 系统自适应滤波参数调整规则为:λ1=0.1, λ2=100, α=1.0, β1=1.0, β2=0.001, 同时选取积分系数KI=0.002。系统采样频率为200 Hz, 以下实时测试曲线图均为实时发送的数据, 经上位机导入excel中绘出。

为方便测量, 在进行车体角度测量时, 将平衡车角度测量单元单独放置于水平桌面上进行实验。首先进行了静态实验, 图6所示是将硬件测量系统静止放置500 s, 分别利用自适应显性互补滤波算法AECF和经典卡尔曼滤波算法KF进行了估算, 并将估算结果与加速度计测量值进行对比, 滤波后的曲线较为平滑, 可见本文提出的改进算法和卡尔曼滤波算法均可有效地滤除静态高频干扰信号, 而本文算法所得曲线更为平滑, 静态滤波特性更佳。

动态测试时, 分别对姿态变化缓慢、姿态变化剧烈及高运动加速度水平滑动三种姿态变化情况进行了试验, 由于实验室无专用转台, 因此实验均采用手动模拟方式进行。如图7所示车体姿态一般动态变化时所得角度数据, 从图7 (a) 可以看出, 本文算法 (AECF) 有效的滤除了加速度计实际测量值 (ACC) 的高频干扰信号, 角度曲线较平滑。另外还将本文算法与卡尔曼滤波算法估计数据进行了比较, 如图7 (b) 所示, 从曲线可以看出, 改进后的算法与文献[5]中卡尔曼滤波算法所得角度基本吻合, 而本文算法不需要精确建模, 且运算速度更快。

为验证改进后滤波算法的滤波效果, 下面分别对角度变化剧烈及高运动加速度状态时的平衡车倾斜角进行了实际测试, 结果如图8和图9所示。图8中分别将本文算法与经典互补滤波算法 (CF) 、文献[10]中提出的显性互补滤波算法 (ECF) 及卡尔曼滤波算法 (KF) 进行了对比测试, 其中CF、ECF和本文算法的信号截止频率选取为相同值4 Hz, 从图8三组曲线对比图可以看出, 与经典互补滤波算法及显性互补滤波算法相比, 由于本文算法中参数能根据姿态变化情况自适应修正, 当姿态变化剧烈时, ωy>λ2, 此时比例系数KP根据式 (6) 实时调整为较小值, 更加信任陀螺仪的动态测量值, 因此具有响应速度快, 无超调, 无震荡等特点。

图9所示为系统在水平桌面上以较高运动加速度水平滑动时俯仰角估算结果, 此时俯仰角理论真值为0°, 从三组对比图可以看出, 相同条件下, CF算法最大误差达到5.39°, 本文算法为0.56°;KF算法为1.34°, 本文算法为0.2°;ECF算法为1.86°, 本文算法为0.39°。将CF、ECF、KF及本算法分别对500个水平滑动时估算的角度值, 进行均方根误差计算, 其值分别为2.45°, 0.67°, 0.62°和0.21°, 该算法在水平运动加速度滤除时也展现出了较好的滤波效果。综合以上各姿态变化情况对比结果可见:由于自适应参数调整规则的引入, 使得本文算法中PI调节器环节能根据姿态变化情况进行实时自适应调整, 能适应各种姿态变化情况, 且估算精度高, 完全满足平衡车控制系统的姿态角度测量精度要求。

4 结论