二轮自平衡小车是一个有趣的课题。它的原理不复杂。小车只有两个轮子。它需要保持平衡。人站在车上。车不会倒。这需要控制。控制是核心。

我们生活中常见二轮平衡车。年轻人喜欢用它代步。它看起来简单。背后有很多技术。我们要做一辆这样的小车。小车需要硬件。硬件包括车架、电机、轮子、电池。还需要传感器。传感器测量角度和速度。角度很重要。小车倾斜的角度。速度也很重要。轮子转动的速度。

我们选择单片机。单片机是小车的大脑。它接收信号。它发出指令。我们选择陀螺仪和加速度计。陀螺仪测量角速度。加速度计测量加速度。这两个传感器一起工作。它们可以算出小车的倾斜角度。角度数据传给单片机。单片机处理数据。

控制算法是关键。我们使用PID控制。PID是常用的方法。它不复杂。P代表比例。I代表积分。D代表微分。这三个部分一起作用。它们调整电机的转动。让小车保持平衡。

比例控制很简单。小车倾斜角度大。电机转动就快。角度小。转动就慢。这很好理解。但只有比例控制不够。小车会摇晃。需要加入微分控制。微分控制看角度变化的速度。变化快。电机反应更迅速。这样小车更稳定。积分控制处理误差。误差累积。电机慢慢修正。这样小车不会慢慢偏移。

我们写程序。程序放在单片机里。程序不断读取传感器数据。计算角度。计算PID。输出信号给电机。电机转动。保持小车平衡。这个过程很快。一秒钟几百次。小车看起来一直稳定。

我们制作小车车体。车体要坚固。不能太重。太重电机带不动。不能太轻。太轻容易倒。我们选择铝合金材料。电机选择直流电机。电机要有编码器。编码器测量轮子速度。速度用于控制。

电池选择锂电池。锂电池轻。电量足。可以长时间工作。我们安装开关。安装充电接口。方便使用。

焊接电路。连接传感器。连接电机。连接电池。所有部件固定好。检查线路。不能接错。接错会烧坏元件。

开始调试。小车第一次通电。它可能倒下。我们调整PID参数。参数不合适。小车不稳定。参数合适。小车站稳。我们慢慢试。先调比例参数。小车能站住。但摇晃。加入微分参数。摇晃减少。还慢慢移动。加入积分参数。移动停止。

测试小车性能。推它一下。它恢复平衡。路面不平。它也能适应。我们记录数据。分析效果。改进不足。

二轮自平衡小车涉及很多知识。物理知识。数学知识。控制理论。编程技术。动手能力。这些知识综合运用。我们学到很多。

制作过程中遇到问题。传感器数据不准。我们校准传感器。电机响应慢。我们更换电机。电池电量不足。我们换电池。程序有错误。我们修改程序。一步一步解决问题。小车最终成功。

二轮自平衡小车有广泛应用。它可以做运输工具。可以做玩具。可以用于研究。技术可以扩展。加上遥控。加上避障。加上跟随。功能更多。

我们做的是一辆简单小车。它实现了基本功能。保持平衡。前进后退。转弯。这已经很好。我们满意这个结果。

未来可以继续改进。使用更好的传感器。使用更快的单片机。尝试更优的算法。让小车更稳定。更灵活。更智能。

这个课题锻炼了我们的能力。我们学会了设计。学会了制作。学会了调试。学会了合作。这些能力很重要。对我们以后工作有帮助。

二轮自平衡小车是一个典型项目。它结合了硬件和软件。它体现了控制思想。它展示了技术魅力。我们喜欢这个项目。我们享受这个过程。我们愿意分享经验。希望更多人尝试。做出更好的小车。