Arduino自平衡小车_01
基于Arduino开发环境的智能小车编程教具设计
基于Arduino开发环境的智能小车编程教具设计Arduino是一种开源电子原型平台，可以用来设计和制作各种互动项目。
它包含一个物理计算平台和一个用于编程的软件环境。
Arduino可以用来开发交互式的智能小车，并且可以作为教具帮助学生学习编程和电子知识。
本文将围绕基于Arduino开发环境的智能小车编程教具设计展开讨论。
一、智能小车编程教具的设计需求分析1. 灵活性：智能小车教具需要能够支持多种不同的编程语言和应用场景，以满足不同学生的需求。
2. 易用性：教具需要提供直观、友好的操作界面，使学生能够轻松上手，并且能够帮助他们理解编程思想。
3. 拓展性：教具应当支持模块化设计，能够无缝地进行拓展和升级，以应对未来的教学需求。
4. 安全性：智能小车教具需要提供安全可靠的硬件设备和软件环境，以确保学生的学习过程中不会发生意外。
根据以上需求，智能小车编程教具的设计应当注重灵活性、易用性、拓展性和安全性，以满足学生的学习需求。
1. 硬件设计（1）智能小车主控板：采用Arduino开发板作为智能小车的主控板，通过Arduino的开源硬件和软件平台，学生可以进行灵活的编程和控制。
（2）驱动模块：使用可编程的电机驱动模块，支持直流电机和步进电机的控制，以实现小车的运动控制功能。
（3）传感器模块：集成多种传感器模块，如红外传感器、超声波传感器、光敏传感器等，以便智能小车可以感知周围环境，并作出相应的反应。
（4）通信模块：集成无线通信模块，如蓝牙模块或Wi-Fi模块，可以实现智能小车与外部设备的数据通信，以支持远程控制和实时监测。
（5）电源模块：提供稳定可靠的电源供应，以确保智能小车的正常工作。
（1）编程环境：搭建基于Arduino的集成开发环境（IDE），支持多种编程语言，如C/C++等，以便学生可以选择适合自己水平的编程方式进行学习。
（2）编程示例：提供丰富的编程示例和教学资源，供学生参考和学习，以激发学生的编程兴趣和创造力。
基于Arduino开发环境的智能小车编程教具设计
基于Arduino开发环境的智能小车编程教具设计智能小车编程教具设计一、引言随着信息技术的快速发展，智能机器人在教育领域中的应用也越来越广泛。
智能小车是一种集集成电路、传感器、机械设备等多种技术于一体的智能机器人，可以在特定的环境下自动行驶、避障、跟随等动作，具有很大的教育和科研价值。
本文提出了一种基于Arduino开发环境的智能小车编程教具设计，旨在通过动手实践和编程控制，培养学生的逻辑思维能力和动手能力，提高学生对计算机科学和机器人技术的兴趣。
二、教具设计思路智能小车编程教具的设计思路是通过Arduino开发环境和相关传感器，结合编程实现小车的自动行驶、避障、跟随等功能。
教具包括硬件和软件两个部分，硬件部分包括Arduino主板、电机驱动模块、传感器模块等，软件部分通过Arduino编程实现对硬件的控制。
三、教具组成1. Arduino主板：选择一款Arduino主板，如Arduino UNO，作为教具的核心控制器。
Arduino主板采用开源硬件平台，具有低成本、易学易用、灵活扩展等特点，非常适合初学者入门学习。
2. 电机驱动模块：将电机与Arduino主板进行连接的关键部件，可以控制小车的前进、后退、左转、右转等动作。
常用的电机驱动模块有L298N、L293D等，可以根据实际需要选择合适的驱动模块。
3. 传感器模块：用于感知周围环境的模块，包括超声波传感器、红外线传感器等。
超声波传感器可以测量物体在小车前方的距离，判断是否有障碍物；红外线传感器可以检测小车前方的黑线，实现跟随功能。
4. 车体平台：选择一款适合智能小车搭建的车体平台，如4WD智能小车底盘。
车体平台应具有稳定性强、易于安装和调试等特点，方便学生进行实践操作。
5. 电源模块：为智能小车提供稳定的电源供应，可以采用锂电池、九电池等方式。
6. 连接线材：各个模块之间的连接需要使用面包板、母对母杜邦线、公对母杜邦线等。
四、教具使用方法1. 搭建小车底盘：按照车体平台的说明书，搭建智能小车的车体结构，将Arduino主板和电机驱动模块等模块固定在车体上。
第二个Arduino小车 两轮自平衡
在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
myOutput = Output;
myInput = Input;
mySetpoint = Setpoint;
}
PID LIB的参数分别是这样的：
Input 输入值(这里输入卡尔曼融合获取的角度值)
Output PID计算的结果，供电机驱动的PWM使用
PID计算相关代码如下：
PID myPID(&Input, &Output, &Setpoint,2,5,1, DIRECT); //PID对象声明 setupPID(); //PID初始化
....
Kalman_Filter(Adxl_angle, Gyro_sensor); //卡尔曼融合获取angle
Setpoint 期望值（这里输入小车平衡点的角度值）
Kp、Ki、Kd 这是KPI的三个重要参数
这三个参数的详细说明我从网上摘录了一段：
比例（P）控制
比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。
基于Arduino开发环境的智能小车编程教具设计
基于Arduino开发环境的智能小车编程教具设计1. 引言1.1 背景介绍智能小车编程教具是一种将Arduino开发环境与智能小车设计相结合的教学工具，旨在帮助学生理解编程原理和智能控制技术。
随着物联网和人工智能技术的快速发展，对于掌握编程和智能控制技能的需求日益增加。
传统的编程教学方法往往难以激发学生的学习兴趣，教学效果有限。
设计一种基于Arduino开发环境的智能小车编程教具，能够为学生提供更加生动、直观的学习体验，帮助他们更好地理解和掌握编程原理。
通过搭建智能小车系统，学生可以通过编程来控制小车的运动、避障、寻迹等功能，从而实践所学的编程知识。
这种实践性教学方法不仅可以增强学生对编程的理解，还可以培养他们的创新思维和问题解决能力。
基于Arduino开发环境的智能小车编程教具具有重要的教育意义和推广价值。
在本文中，我们将详细介绍智能小车编程教具的设计原理和实验内容，希望能够为教育教学工作者提供参考和借鉴。
1.2 研究意义智能小车编程教具能够激发学生学习编程的兴趣，通过实际操作来理解编程原理和逻辑思维，提高编程技能。
智能小车编程教具可以帮助学生将理论知识与实际操作结合起来，加深对知识的理解和记忆。
通过自主设计和编程智能小车，学生也能够培养解决问题的能力和创新意识。
智能小车编程教具还具有广泛的应用前景。
随着智能科技的不断发展，智能小车将会在各个领域得到应用，如智能物流、智能家居等。
培养学生对智能小车的熟练掌握和理解将为他们未来的就业和发展提供更多可能性。
研发基于Arduino开发环境的智能小车编程教具具有重要的研究意义和实际应用价值。
1.3 研究目的研究目的是为了探讨基于Arduino开发环境的智能小车编程教具设计，旨在促进学生对于物联网和智能系统的理解与应用能力的提升。
通过设计一个结合实践性和趣味性的教学工具，可以激发学生的学习兴趣，提高他们对于编程和机器人技术的学习积极性。
通过实践操作智能小车，学生将能够深入理解和掌握Arduino开发环境的原理和应用，更好地应用于实际项目中。
平衡车平衡原理 Arduino
（2）小车速度控制：使用PD（比例、微分）控制；
Outputs = ksi * (setp0 - positions) + ksp * (setp0 speeds_filter); //速度环控制 PI
（3）小车方向控制：使用PD（比例、微分）控制。
turnoutput = -turnout * ktp - Gyro_z * ktd;//旋转PD算法 控制 融合速度和Z轴旋转定位。
输出中，这样就会彻底消除速度控制误差。第二点，由于加入了速度 控制， 它可以补偿陀螺仪和重力加速度的漂移和误差。 所以此时重力 加速度传感器实际上没有必要了。 此时小车在控制启动的时候，需要保持小车的垂直状态。此时 陀螺仪的积分角度也初始化为0。当然如果电路中已经包括了重力加 速度传感器，也可以保留这部分，从而提高小车的稳定性。在后面的 最终给定的控制方案中，保留了这部分的控制回路。
图4 第二个问题可以通过角度控制给定值来解决。 给定小车直立控制 的设定值，在角度控制调节下，小车将会自动维持在一个角度。通过 前面小车直立控制算法可以知道，小车倾角最终是跟踪重力加速度Z 轴的角度。因此小车的倾角给定值与重力加速度Z轴角度相减，便可 以最终决定小车的倾角 第三个问题分析起来相对比较困难， 远比直观进行速度负反馈分 析复杂。首先对一个简单例子进行分析。假设小车开始保持静止，然 后增加给定速度， 为此需要小车往前倾斜以便获得加速度。 在小车直 立控制下，为了能够有一个往前的倾斜角度，车轮需要往后运动，这 样会引起车轮速度下降（因为车轮往负方向运动了）。由于负反馈， 使得小车往前倾角需要更大。如此循环，小车很快就会倾倒。原本利 用负反馈进行速度控制反而成了“正”反馈。 为什么负反馈控制在这儿失灵了呢？原来在直立控制下的小车
基于Arduino的平衡小车软件设计
TECHNOLOGY AND INFORMATION科学与信息化2022年1月上 111基于Arduino的平衡小车软件设计伍懿君 河源理工学校 广东 河源 517000摘 要 随着社会的发展，两轮自平衡车具有新能源概念、噪音小、占用空间小、控制简单、转换半径接近零等优点，它的应用为缓解目前城市中的拥堵问题起到了一定程度的作用。
本设计采用Arduino作为主控，结合加速度传感器、电机驱动模块完成硬件结构，以及结合PCB电路板，针对平衡小车的前进、后退、平衡运动等功能控制需求，编写了相应的控制代码，实现对上述功能的控制。
本设计合理，构思新颖，科学性强，使用更方便，成本较低，应用前景广泛。
关键词 陀螺仪；加速度计；平衡小车Arduino-Based Balancing Vehicle Software Design Wu Yi-junHeyuan Technology School, Heyuan 517000, Guangdong Province, ChinaAbstract With the development of society, two-wheeled self-balancing vehicle has the advantages of new energy concept, low noise, small occupied space, simple control, conversion radius close to zero and so on. Its application can alleviate the existing congestion problem in the city to a certain extent. In this study, Arduino is used as the main control, combined with the acceleration sensor and motor drive module to complete the hardware structure, and combined with the PCB circuit board, according to the functional control requirements of the balancing vehicle, such as forward, backward and balance movement, the corresponding control code is written to realize the control of the above functions. This design is reasonable, novel, strongly scientific, more convenient for use, with low cost and wide application prospect.Key words gyroscope; accelerometer; balancing vehicle引言 有关法律、法规要求汽车不得在人行道、广场、公园、游乐场和大型会场等类似的场所上行驶，而步行又累时，平衡车可以为人代步。
基于Arduino开发环境的智能小车编程教具设计
基于Arduino开发环境的智能小车编程教具设计随着技术的不断发展，人工智能、物联网等新兴技术已经成为了当今社会发展的热点。
在这样一个大背景下，STEM教育也逐渐受到了广泛的关注，被视为未来教育的重要方向。
而智能小车编程教具作为STEM教育的一种重要形式，在教学中发挥着越来越重要的作用。
本文基于Arduino开发环境，将介绍一种基于Arduino开发环境的智能小车编程教具设计，帮助学生更好地学习编程和控制知识，培养其创造力和动手能力。
一、设计背景在现代教育技术的支持下，智能小车编程教具已经成为了一种非常有效的教学模式。
通过设计、搭建并编程智能小车，学生可以在实践中更好地理解编程和控制知识，培养其动手能力和创造力。
而Arduino是一种开源电子原型平台，提供了简便灵活的硬件和软件平台，非常适合用于智能小车编程教具的设计和开发。
二、教具设计原理基于Arduino的智能小车编程教具主要由Arduino开发板、直流电机、电池、传感器等组成。
通过编写程序，控制小车的前进、后退、左转、右转等动作，并可以通过添加传感器实现避障、寻迹等功能。
对于学生来说，他们可以通过实际操作来学习编程和控制知识，并通过不断的实践来提升自己的技能和能力。
三、教具设计内容1. 硬件部分：教具硬件部分主要包括Arduino开发板、直流电机、车轮、电池等。
通过简单的搭建，将这些硬件组合成一个完整的小车模型。
2. 软件部分：教具软件部分主要包括Arduino编程软件，学生可以通过编写简单的代码来控制小车的运动。
通过控制电机的正反转实现小车的前进和后退功能，通过控制左右电机的运动来实现小车的左转和右转功能。
3. 拓展部分：教具还可以通过添加一些传感器来拓展功能，例如超声波传感器可以实现避障功能，红外传感器可以实现寻迹功能。
学生可以在这个基础上进行更加复杂的程序设计，提高其创造力和动手能力。
四、教学流程1. 熟悉硬件组装：首先学生需要熟悉教具的硬件组装，理解各个部件的作用和连接方式。
基于Arduino的自平衡小车
基于Arduino的自平衡小车作者：刘一钟刘文浩来源：《科学与财富》2017年第26期摘要：系统程序基于c语言来控制Arduino对陀螺仪，加速器进行取值，通过pid算法调控电机驱动的pwm从而实现小车平衡，通过蓝牙芯片建立手机app和Arduino的连接，从而实现遥控。
关键词：Arduino；平衡；蓝牙连接；由西北民族大学电气工程学院"双E"项目资助（项目编号：20161816）1 引言Arduino自平衡小车是通过对陀螺仪取得当前三轴偏移数据，通过pid算法进行平衡调整，再对速度取值从而对其速度进行调控，把数据转换为信号给电机驱动，实现平衡和移动，在通过蓝牙芯片与手机进行通信。
2 社会背景当前在进入一个越来越智能化的社会，继智能家居、智能穿戴、智能办公之后，智能电动平衡车也已经进入人们的日常生活。
智能平衡车是一款于13年前发明、于近两年才火爆的产品，它也是代步工具类中最新的智能产品。
智能类的产品总给人一种异常方便、简洁优雅的感觉，电动平衡车也是如此。
经过调查发现，目前市面上平衡车还十分稀缺，对于未来市场，方便携带的平衡车肯定会代替其他大型代步车辆，选用 Arduino 单片机控制自平衡小车肯定会大有前景，令人眼前一亮。
3 基础功能的实现对称的搭建车体，将各个模块平均的分布在车体上，连接各个模块，使用Arduino作为主控控制各个模块，采集数据，应用算法得到因能够给电机的占空比，从而实现平衡。
通过Android Studio来编写能接能接收小车蓝牙信号，发出信号的app，通过app调整其小车移动。
4算法比例调节的公式是：u（t） = Kp * e（t），e（t） = r（t）– c（t）其中：r（t）是设定值，就是你想让被控系统某个参数所要保持的状态值； c（t）是系统的这个参数的实际状态值。
比例调节的过程就是即时成比例地反应控制系统的偏差信号e（t），偏差一旦产生，通过Kp * e（t）产生控制作用以减小偏差。