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

编程环境：Arduino 1.8.19

实现思路：实现小车的自平衡。当人为去打破小车的平衡时，小车能够自行恢复到平衡状态。这里当俯视小车时，小车处于水平位置代表平衡状态；前倾或后仰等均为非平衡状态。

3.1 测试数据

① 需要先测出陀螺仪沿Y轴的状态数据。下表是本实验中测试出的实验数据，大家可参考格式，测试出自己的实验数据。

物料

‍测试数据‍‍

陀螺仪的加速度包Y轴数据

沿Y轴俯仰陀螺仪时，数据从（-0.05,1.13）逐渐增大；

陀螺仪平放时的值为0.74；‍

② 找准双轮小车的平衡状态（大家可尝试把锂电池安装在小车底部，让小车默认为平衡态）

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】

/*------------------------------------------------------------------------------------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 athttps://opensource.org/licenses/MITby 机器谱 2023-04-25 https://www.robotway.com/------------------------------*//*  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115200for(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;}  }}

判断双轮小车前倾、后仰或者是平放状态的参考程序（Gyroscope_Device.ino）如下：

/*------------------------------------------------------------------------------------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 athttps://opensource.org/licenses/MITby 机器谱 2023-04-25 https://www.robotway.com/------------------------------*/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;}}

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