1. 功能说明

在双轮小车上安装一个六轴陀螺仪传感器，本文示例将实现双轮小车自主平衡功能。

 2. 电子硬件

      在这个示例中，我们采用了以下硬件，请大家参考：

主控板	Basra主控板（兼容Arduino Uno）
扩展板	Bigfish2.1扩展板
传感器	六轴陀螺仪
电池	7.4V锂电池

电路连接：

      ① 六轴陀螺仪传感器（GND、VCC、RX、TX）连接在Bigfish扩展板的Gnd、Vcc（3.3v）、RX、TX；

      ② 2个直流电机分别连在Bigfish扩展板的（5,6）、（9,10）。

 3. 功能实现

 3.2 示例程序

将参考例程（Gyroscope_Control_Car.ino）下载到主控板：

【程序源代码资料内容详见 双轮平衡车-自平衡】

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 版权说明：Copyright 2023 Robottime(Beijing) Technology Co., Ltd. All Rights Reserved.

 Distributed under MIT license.See file LICENSE for detail or copy at

 https://opensource.org/licenses/MIT

 by 机器谱 2023-04-25 https://www.robotway.com/

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/*  

 功能：自平衡小车

 接线：陀螺仪传感器(GND、VCC、RX、TX)接在扩展板的( Gnd、Vcc（3.3v）、RX、TX)；

 直流电机分别接在（5,6），（9,10）

*/

#include<Math.h>

#define Gyroscope_left_LimitAngle_Y  -0.05  //读取到陀螺仪 Y 轴向前的极限数值

#define Gyroscope_Right_LimitAngle_Y  1.13  //读取到陀螺仪 Y 轴向后的极限数值

#define Gyroscope_Middle_LimitAngle_Y  0.74  //读取到陀螺仪 Y 轴平放时的数值

#define Motor_Pin_Count 4


/*

 由于直流电机的物理差异，左右电机的速度值不同；

 需要先微调两电机的pwm值，保证小车能走直线(否则会出现小车原地打转)

*/

#define left_Motor_Speed_Init 60  //左侧电机的初始速度（0-255）

#define right_Motor_Speed_Init 70  //右侧电机的初始速度（0-255）

#define Motor_Speed_Mix 0  //电机速度增量最小值

#define Motor_Speed_Max 20  //电机速度增量最大值


unsigned char Re_buf[11],counter=0; //存储陀螺仪数据的变量

unsigned char sign=0;  //定义是否接收到陀螺仪数据的标志位

float a[3];  //用于存储x、y、z三轴的角速度包数值

int motor_pin[4] = {5,6,9,10};//定义电机引脚

int map_to_int[3] = {0,0,0};  //用于存储Y轴向左偏、向右偏、平放的数值

enum{Forward = 1,Back,Stop};  //定义电机前进、后退、停止三种状态

void setup()

{

 delay(1000);Serial.begin(115200);//打开串口，并设置波特率为115200

 for(int i=0;i<Motor_Pin_Count;i++){

 pinMode(motor_pin[i],INPUT);  //将电机的四个引脚设置为输出模式

 }

 map_to_int[0] = Gyroscope_left_LimitAngle_Y*100;  //重新赋予陀螺仪 Y 轴向前的极限数值

 map_to_int[1] = Gyroscope_Right_LimitAngle_Y*100;  //重新赋予陀螺仪 Y 轴向后的极限数值

 map_to_int[2] = Gyroscope_Middle_LimitAngle_Y*100; //重新赋予陀螺仪 Y 轴平放时的数值

}


void loop()

{

 Get_gyroscope_And_Control();//读取陀螺仪参数，并判断平衡小车前倾、后仰或者是平放状态

}


//实时读取陀螺仪发送的数据(serialEvent()函数会自动运行)

void serialEvent() {  

 while (Serial.available()) {

 Re_buf[counter]=(unsigned char)Serial.read();

 if(counter==0&&Re_buf[0]!=0x55) return;  //第0号数据不是帧头  

 counter++;  

 if(counter==11)  //接收到11个数据

 {  

 counter=0;  //重新赋值，准备下一帧数据的接收

 sign=1;

 }  

 }

}

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 https://opensource.org/licenses/MIT

 by 机器谱 2023-04-25 https://www.robotway.com/

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void Get_gyroscope_And_Control()//读取陀螺仪参数，并判断平衡小车前倾、后仰或者是平放状态

{

 int gyroscope_acc_data= 0;

 int map_data= 0;

 if(sign)

 {  

 sign=0;

 if(Re_buf[0]==0x55)  //检查帧头

 {  

switch(Re_buf [1])

{

case 0x51:

 {

a[0] = (short(Re_buf [3]<<8| Re_buf [2]))/32768.0*16;

a[1] = (short(Re_buf [5]<<8| Re_buf [4]))/32768.0*16;

a[2] = (short(Re_buf [7]<<8| Re_buf [6]))/32768.0*16;

 //把陀螺仪的加速度包的Y轴数据转换为直流电机的速度

 map_data = fabs(a[1]) * 100;  //fabs()取浮点数的绝对值

 if( (map_data >= (map_to_int[2]-10)) && (map_data <= (map_to_int[2]+10)) )

 {

 //小车处于平衡态

 Motor_State(Stop,0,0);  

 }

 else if( (map_data < (map_to_int[2]-10)) && (map_data >= map_to_int[0]) )

 {

 /*当小车前倾，自行调整至平衡

 假如现在获取到陀螺仪数据0.50，转换为50并进行映射为直流的pwm值过程

 Motor_State(Forward,60+map(50,64,5,0,20), 70+map(50,64,5,0,20))

 */

 Motor_State(Forward,left_Motor_Speed_Init+map(map_data,(map_to_int[2]-10),map_to_int[0],Motor_Speed_Mix,Motor_Speed_Max),right_Motor_Speed_Init+map(map_data,(map_to_int[2]-10),map_to_int[0],Motor_Speed_Mix,Motor_Speed_Max) );

 }

 else if( (map_data <= map_to_int[1]) && (map_data > (map_to_int[2]+10)) )

 {

 //当小车后仰，自行调整至平衡

 Motor_State(Back,left_Motor_Speed_Init+map(map_data,(map_to_int[2]+10),map_to_int[1],Motor_Speed_Mix,Motor_Speed_Max),right_Motor_Speed_Init+map(map_data,(map_to_int[2]+10),map_to_int[1],Motor_Speed_Mix,Motor_Speed_Max) );

 }  

 }break;

}

 }

 }

}


void Motor_State(int _mode, int _left, int _right)//电机状态函数

{

 switch(_mode)

 {

 case Forward: {analogWrite(motor_pin[0],_right);analogWrite(motor_pin[1],0);analogWrite(motor_pin[2],_left);analogWrite(motor_pin[3],0);}break;

 case Back:  {analogWrite(motor_pin[1],_right);analogWrite(motor_pin[0],0);analogWrite(motor_pin[3],_left);analogWrite(motor_pin[2],0);}break;

 case Stop:  {analogWrite(motor_pin[0],0);analogWrite(motor_pin[1],0);analogWrite(motor_pin[2],0);analogWrite(motor_pin[3],0);}break;

 }

}