文中分析了測量角度和角速度傳感器的選擇，通過Atmega16單片機多路信號AD采集陀螺儀和加速度計的信號，經過Kalman濾波算法計算動態的角度和角速度，通過LCD1602顯示角速度和角度的值、轉向值。利用PID控製算法控製自平衡車的平衡狀態，使車體在平衡位置穩定。利用大功率MOS管設計驅動電路，通過單片機有效地控製電機的轉速、電機的轉向，從而有效地控製自平衡車的前進、後退及轉彎功能。

係統總體設計方案

兩輪自平衡自動車采用AVR Atmega16芯片作為主控製芯片
，選擇外部16 MHz晶振，使用JTAG仿真器進行實時仿真與調試；采用LCD1602xianshizhuanwanjiaoduchuanganqiceliangdedongtaijiaoduhejiaosudu
，weilerangtiaoshideguochengzhonggengjiazhiguan。dongtaijiaoduhejiaosududeceliangtongguotuoluoyiceliangjiaosudu，sanzhoujiasudujiceliangjiaodu。youyupinghengcheshiyundongde，suoyisanzhoujiasudujiceliangdejiaodulimiancanzadongtaijiaodu

，zuizhongtongguokaermanyingjianronghedianlujingquediceliangchudongtaidejiaoduhejiaosudu。

轉(zhuan)向(xiang)模(mo)塊(kuai)采(cai)用(yong)高(gao)精(jing)度(du)電(dian)位(wei)器(qi)，當(dang)手(shou)把(ba)向(xiang)右(you)偏(pian)轉(zhuan)時(shi)，兩(liang)輪(lun)車(che)向(xiang)右(you)轉(zhuan)，當(dang)手(shou)把(ba)向(xiang)左(zuo)偏(pian)轉(zhuan)時(shi)兩(liang)輪(lun)自(zi)平(ping)衡(heng)車(che)向(xiang)左(zuo)轉(zhuan)彎(wan)，可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)原(yuan)地(di)轉(zhuan)彎(wan)。電(dian)機(ji)采(cai)用(yong)直(zhi)流(liu)減(jian)速(su)電(dian)機(ji)
，主(zhu)要(yao)是(shi)因(yin)為(wei)直(zhi)流(liu)減(jian)速(su)電(dian)機(ji)能(neng)耗(hao)低(di)、性能優越、減速機效率高達95%以上
，而且振動小、噪音低
、節能高、選xuan用yong優you質zhi段duan鋼gang材cai料liao，鋼gang性xing鑄zhu鐵tie箱xiang體ti，齒chi輪lun表biao麵mian經jing過guo高gao頻pin熱re處chu理li。節jie省sheng空kong間jian，可ke靠kao耐nai用yong
，承cheng受shou過guo載zai能neng力li高gao
，經jing過guo精jing密mi加jia工gong，確que保bao定ding位wei精jing度du，扭niu矩ju大da。電dian機ji驅qu動dong模mo塊kuai采cai用yong大da功gong率lvMOS管，由於電機的功率大，需要的電流大。電機的轉動通過PID控製算法，實現兩輪車的自平衡狀態。係統簡易硬件結構框圖如圖1所示。


車模直立控製方案

兩(liang)輪(lun)白(bai)平(ping)衡(heng)車(che)的(de)直(zhi)立(li)是(shi)通(tong)過(guo)負(fu)反(fan)饋(kui)來(lai)實(shi)現(xian)的(de)，但(dan)是(shi)兩(liang)輪(lun)自(zi)平(ping)衡(heng)車(che)的(de)直(zhi)立(li)相(xiang)對(dui)木(mu)棒(bang)的(de)直(zhi)立(li)是(shi)相(xiang)對(dui)簡(jian)單(dan)的(de)，木(mu)棒(bang)的(de)直(zhi)立(li)是(shi)二(er)維(wei)的(de)而(er)自(zi)平(ping)衡(heng)車(che)有(you)兩(liang)個(ge)輪(lun)子(zi)著(zhe)地(di)且(qie)直(zhi)立(li)是(shi)一(yi)維(wei)的(de)。所(suo)以(yi)通(tong)過(guo)控(kong)製(zhi)輪(lun)子(zi)的(de)轉(zhuan)動(dong)，抵(di)消(xiao)傾(qing)斜(xie)的(de)趨(qu)勢(shi)便(bian)可(ke)以(yi)很(hen)好(hao)地(di)保(bao)持(chi)車(che)體(ti)直(zhi)立(li)。兩(liang)輪(lun)自(zi)平(ping)衡(heng)車(che)模(mo)型(xing)如(ru)圖(tu)2所示。

lianglunzipinghengchezhisuoyizaibujiawailideqingkuangxiabunenggouzhili，shiyinweichetidepianzhuanfangxiangheshoulifangxiangshizaitongyifangxiang
，suoyichetihuijiasudaoxia
，ruguoyaochetizhilibudaoxianajiuxuyaotianjiawailizuoyongcainenggoubaochipinghengzhuangtai
，zhegewailijiushichelunduididemocali。youyudianjizaizhuandongshigeidimianyigemocali，genjuniudundisandinglv，dimiangeichetiyigeyuxiangduiyundongfangxiangxiangfandezuoyongli
，zheyangcaihuibuzhiyurangchetijiasudaoxia。

兩輪自平衡車的受力分析：

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車模行走控製方案

兩liang輪lun自zi平ping衡heng車che的de速su度du是shi通tong過guo車che輪lun的de速su度du實shi現xian的de。車che輪lun的de速su度du通tong過guo直zhi流liu電dian機ji經jing過guo減jian速su箱xiang，增zeng大da扭niu矩ju。利li用yong直zhi流liu電dian機ji驅qu動dong器qi控kong製zhi電dian機ji的de正zheng反fan轉zhuan和hePWM調(tiao)速(su)係(xi)統(tong)控(kong)製(zhi)兩(liang)輪(lun)自(zi)平(ping)衡(heng)車(che)的(de)平(ping)穩(wen)運(yun)行(xing)。然(ran)後(hou)通(tong)過(guo)電(dian)機(ji)的(de)加(jia)速(su)度(du)控(kong)製(zhi)車(che)體(ti)的(de)平(ping)衡(heng)

，通(tong)過(guo)電(dian)機(ji)的(de)恒(heng)定(ding)速(su)度(du)和(he)靜(jing)止(zhi)狀(zhuang)態(tai)控(kong)製(zhi)車(che)體(ti)的(de)勻(yun)速(su)運(yun)動(dong)和(he)靜(jing)止(zhi)狀(zhuang)態(tai)。

在運行的過程中當人體的傾角增大時車輪的加速隨之增大以控製車體的平衡
，當車體恢複平衡時
，以恒定的速度勻速前進。

當(dang)轉(zhuan)把(ba)轉(zhuan)動(dong)時(shi)可(ke)實(shi)現(xian)自(zi)動(dong)複(fu)位(wei)功(gong)能(neng)
，在(zai)轉(zhuan)把(ba)的(de)軸(zhou)徑(jing)方(fang)向(xiang)安(an)裝(zhuang)一(yi)個(ge)大(da)強(qiang)度(du)的(de)彈(dan)簧(huang)，使(shi)轉(zhuan)把(ba)在(zai)轉(zhuan)動(dong)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)自(zi)動(dong)恢(hui)複(fu)原(yuan)位(wei)，實(shi)現(xian)了(le)靈(ling)活(huo)轉(zhuan)彎(wan)的(de)效(xiao)果(guo)，如(ru)果(guo)轉(zhuan)把(ba)的(de)偏(pian)向(xiang)角(jiao)足(zu)夠(gou)大(da)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)原(yuan)地(di)轉(zhuan)彎(wan)
，使(shi)兩(liang)輪(lun)車(che)的(de)運(yun)行(xing)更(geng)加(jia)靈(ling)活(huo)

，方(fang)便(bian)在(zai)狹(xia)小(xiao)的(de)地(di)方(fang)使(shi)用(yong)。轉(zhuan)把(ba)示(shi)意(yi)圖(tu)如(ru)圖(tu)4所示。

轉把的方向和偏向角是通過高精度電位器檢測的，在轉把的固定軸上安裝個角度傳感器，實現角度的測量。

程序流程圖

為wei了le便bian於yu程cheng序xu的de開kai發fa和he以yi後hou的de使shi用yong與yu維wei護hu
，全quan部bu程cheng序xu采cai用yong模mo塊kuai化hua結jie構gou，即ji由you一yi個ge主zhu程cheng序xu和he若ruo幹gan個ge子zi程cheng序xu模mo塊kuai構gou成cheng。主zhu程cheng序xu首shou先xian完wan成cheng初chu始shi化hua工gong作zuo，包bao括kuo定ding時shi器qi初chu始shi化hua、LCD16 02液晶模塊初始化、定時器中斷初始化、係統時鍾初始化、其他參數的初始化等。然後啟動定時器進行定時，開中斷允許單片機響應內部中斷請求。定時器中斷流程圖如圖6所示。各程序功能模塊包括LCD1602液晶顯示、電機驅動、動態角度測量、轉向、欠壓報警等。主程序流程圖如圖5所示。

整個係統軟件采用模塊化結構。軟件係統包括：主程序負責顯示。車體直立模塊用定時器1中斷完成
，每進入一次中斷完成一次PID算法控製車體平衡
，在車體保持平衡狀態的情況下通過采集轉把數據實現轉彎功能。

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