【導讀】“快樂大本營”中女神劉亦菲騎著平衡車優(yōu)雅飄過的靚影是不是給大家留下了深刻的印象呢？如果能擁有那樣一款代步小車是不是很拉轟？但是看起來高端大氣上檔次的平衡車其實也能自己DIY哦。跟本文一起，DIY屬于自己的平衡車，其實就那么簡單！
“賽格威”平衡車看來神奇，但你有沒有發(fā)現(xiàn)它的原理其實很簡單呢？拜最新科技所賜，關鍵零件都可以在某寶上直接買到，而控制程序也可以查閱原理自行編寫。擁有自己的平衡車，其實非常簡單。
“賽格威”平衡車原理
“賽格威”的平衡問題，實際上是一個多級倒立擺問題。當一個人用手托住一根竹竿的底部使它在空中豎直不倒下，這就是一個一級倒立擺系統(tǒng)的模型。如果第一根竹竿上面用鉸鏈連著其他竹竿，或者竹竿本身具有一定的彈性（可比擬“賽格威”上的有骨骼和關節(jié)的大活人），就成了多級倒立擺。
“賽格威”的動態(tài)平衡原理和倒立擺相同，將最上方的乘客作為擺臂，然后控制車輪維持系統(tǒng)重心使乘客直立。當駕駛人改變自己身體的角度往前或往后傾時，“賽格威”就會根據(jù)傾斜的方向前進或后退，而速度則與駕駛人身體傾斜的程度呈正比以保持平衡。這里的一個巧妙設計是將乘客傳感和控制二合一了——“賽格威”前進或后退維持平衡的同時，也達成了按乘客意圖前進或后退的目的。最終，熟練的駕駛人可以和自己行走一樣，僅憑直覺就能完成前后左右各方向的運動，同時解放雙手和大腦思維。
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DIY自己的“賽格威”平衡車
和人類行走一樣，“賽格威”的控制也需要傳感器和致動器。它依靠MEMS技術制造的精密固態(tài)陀螺儀和加速度計感應車體的旋轉，速度和傾斜，高速微處理器計算傳感器數(shù)據(jù)，并驅(qū)動輪轂電機完成前進/后退/差速轉彎的動作。而在電路之外，為了讓它從實驗室中的倒立擺變成實用的代步車，還需要準備一些必需的結構零件和附件。
平衡車機械部分
此次設計的機械機構包括一個簡單的獨立懸掛。緩沖部分直接采用自行車的避震器（需要更換彈簧），機體做得不很緊湊，主要為了能夠拆卸折疊，便于收放和運輸。（要說明的是，結構已申請專利，請勿用于商業(yè)用途。）
這里貼一些制作圖片，詳細的零件工程圖列在最后。
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平衡車整機外形。
結構細節(jié)。
電機安裝部分。
電機為優(yōu)耐特電機，250W，24v/質(zhì)量不好，不作推薦。
電機法蘭部分剖視。
轉向機部分。
整機背面。
裝配過程。
鋰電池倉。
原設計為鉛酸電池，后一朋友為我無償提供了鋰電池，在此再次表示感謝。
車銑加工。
電機法蘭安裝。
整體安裝。
平衡車電路部分
主控采用AVR的ATMEGA_32，電機驅(qū)動為H橋驅(qū)動方式，元件選用的IR2184和IRF1405。傳感器選用IDG300和ADXL335，電流傳感器為ACS755。另外還有一些外圍的小功能，可有可無，不詳述了。
控制驅(qū)動PCB圖。
傳感器PCB圖。
PCB空板。
焊接需要注意的就是——別太馬虎就行。先焊低矮的元器件，再焊大個的！
焊接基本完成。
連接電機測試。
散熱器。
遙控和語音模塊。
控制程序部分
網(wǎng)友們的素質(zhì)都很高，這里就提一些關鍵部分。一些個人認為有用的代碼附在最后。
流程圖。
平衡車車身角度獲取
選用的傳感器為模擬量輸出，因此只需要用單片機的AD采集數(shù)據(jù)后計算出角度值即可，需要注意的是，采集后的數(shù)據(jù)直接使用效果會很糟糕。需要再次進行濾波計算，得到一個準確、及時、抗擾動的真實角度數(shù)據(jù)。調(diào)速過程中可以用串口將數(shù)據(jù)輸出，輔助調(diào)試。
計算車輪速度
這里就是簡單的PID控制車輪轉速，如果不記得就百度看看。調(diào)試參數(shù)會花點時間，剛開始參數(shù)別調(diào)過大，否則抖動起來有危險！另外需要設置角度過大停機的功能。
獲取轉向數(shù)據(jù)。
轉向數(shù)據(jù)為采集轉向電位器而來，采集后的數(shù)據(jù)進行濾波處理后再用。轉向中間設置一個無效的死區(qū)，也是防止誤動作。
遙控
遙控為最普通的4鍵遙控器，某寶成品。
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語音
語音選用成品語音模塊，廠家提供完整說明文檔。
溫度
硬件原先選用18b20，很是遺憾這部分程序沒調(diào)通，可能原因1：系統(tǒng)必須有多處中斷，并且中斷服務程序比較多，因而打亂了18b20的時序，加上沒有示波器，因而沒調(diào)通。可能原因2：智商問題。
嘗試調(diào)試了近2小時無果后改用模擬量溫度芯片LM35D，電壓直接由電阻分壓而來。
其余部分可自由發(fā)揮。
附：零件工程圖（清晰版工程圖打包下載：http://bbs.cntronics.com/thread-230712-1-1.html ）
最后附上幾組重要代碼，以供參考。點擊下載“賽格威”平衡車重要代碼。
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