電動平衡獨(dú)輪車的傳感器
2015-04-27 09:32:29??????點(diǎn)擊：
自平衡電動獨(dú)輪車靠電機(jī)驅(qū)動的，采用陀螺儀與驅(qū)動電路控制保持不倒。把身體向前傾斜就可以啟動。速度則是由身體的傾斜程度來控制的，想要加速則向前傾，減速則向后傾。
拋開人的主動操控，獨(dú)輪平衡車保證正常工作一定離不開加速度傳感器和角速度傳感器（陀螺儀）。
加速度傳感器：
加速度傳感器可以測量由地球引力作用或者物體運(yùn)動所產(chǎn)生的加速度。只需要測量其中一個方向上的加速度值，就可以計算出車傾角。比如使用X軸向上的加速度信號，車直立時，固定加速度器在X軸水平方向，此時輸出信號為零偏電壓信號。當(dāng)車發(fā)生傾斜時，重力加速度g便會在X軸方向形成加速度分量，從而引起該軸輸出信號的變化。
但在實(shí)際車運(yùn)行過程中，由于平衡車本身的運(yùn)動所產(chǎn)生的加速度會產(chǎn)生很大的干擾信號疊加在上述測量信號上，使得輸出信號無法準(zhǔn)確反映真正的傾角。因此對于直立控制所需要的姿態(tài)信息不能完全由加速度傳感器來獲得。
角速度傳感器：
陀螺儀可以用來測量物體的旋轉(zhuǎn)角速度。平衡車上安裝陀螺儀，可以測量車傾斜的角速度，將角速度信號進(jìn)行積分處理便可以得到車的傾角。
談到平衡我們就不得不說到陀螺儀，陀螺儀的原理就是，一個旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)軸所指的方向在不受外力影響時，是不會改變的。人們根據(jù)這個道理，用它來保持方向，制造出來的東西就叫陀螺儀。我們騎自行車其實(shí)也是利用了這個原理。輪子轉(zhuǎn)得越快越不容易倒，因?yàn)檐囕S有一股保持水平的力量。陀螺儀在工作時要給它一個力，使它快速旋轉(zhuǎn)起來，一般能達(dá)到每分鐘幾十萬轉(zhuǎn)，可以工作很長時間。然后用多種方法讀取軸所指示的方向，并自動將數(shù)據(jù)信號傳給控制系統(tǒng)。
加速度和角速度兩個傳感器都無法單獨(dú)獲得動態(tài)情況下的準(zhǔn)確，穩(wěn)定的姿態(tài)，但是這兩種傳感器具有互補(bǔ)性，即加速度傳感器，在靜態(tài)情況下使用效果會好一些，陀螺儀在動態(tài)情況下使用，效果會好一些。此時，就需要一種算法，來將這兩種信號進(jìn)行有效融合，才能獲取準(zhǔn)確的姿態(tài)信息。
拋開人的主動操控，獨(dú)輪平衡車保證正常工作一定離不開加速度傳感器和角速度傳感器（陀螺儀）。
加速度傳感器：
加速度傳感器可以測量由地球引力作用或者物體運(yùn)動所產(chǎn)生的加速度。只需要測量其中一個方向上的加速度值，就可以計算出車傾角。比如使用X軸向上的加速度信號，車直立時，固定加速度器在X軸水平方向，此時輸出信號為零偏電壓信號。當(dāng)車發(fā)生傾斜時，重力加速度g便會在X軸方向形成加速度分量，從而引起該軸輸出信號的變化。
但在實(shí)際車運(yùn)行過程中，由于平衡車本身的運(yùn)動所產(chǎn)生的加速度會產(chǎn)生很大的干擾信號疊加在上述測量信號上，使得輸出信號無法準(zhǔn)確反映真正的傾角。因此對于直立控制所需要的姿態(tài)信息不能完全由加速度傳感器來獲得。
角速度傳感器：
陀螺儀可以用來測量物體的旋轉(zhuǎn)角速度。平衡車上安裝陀螺儀，可以測量車傾斜的角速度，將角速度信號進(jìn)行積分處理便可以得到車的傾角。
談到平衡我們就不得不說到陀螺儀，陀螺儀的原理就是，一個旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)軸所指的方向在不受外力影響時，是不會改變的。人們根據(jù)這個道理，用它來保持方向，制造出來的東西就叫陀螺儀。我們騎自行車其實(shí)也是利用了這個原理。輪子轉(zhuǎn)得越快越不容易倒，因?yàn)檐囕S有一股保持水平的力量。陀螺儀在工作時要給它一個力，使它快速旋轉(zhuǎn)起來，一般能達(dá)到每分鐘幾十萬轉(zhuǎn)，可以工作很長時間。然后用多種方法讀取軸所指示的方向，并自動將數(shù)據(jù)信號傳給控制系統(tǒng)。
加速度和角速度兩個傳感器都無法單獨(dú)獲得動態(tài)情況下的準(zhǔn)確，穩(wěn)定的姿態(tài)，但是這兩種傳感器具有互補(bǔ)性，即加速度傳感器，在靜態(tài)情況下使用效果會好一些，陀螺儀在動態(tài)情況下使用，效果會好一些。此時，就需要一種算法，來將這兩種信號進(jìn)行有效融合，才能獲取準(zhǔn)確的姿態(tài)信息。
所以電動獨(dú)輪平衡車主要通過控制器（智能芯片）、姿態(tài)傳感器（陀螺儀）、執(zhí)行器（電機(jī)）三部分來實(shí)現(xiàn)平衡。當(dāng)駕駛者傾斜身體時，姿態(tài)傳感器輸出相應(yīng)姿態(tài)信息，控制器感知到這個信息后，命令電機(jī)向相應(yīng)方向旋轉(zhuǎn)，姿態(tài)傳感器按一定頻率不停地測量車子姿態(tài)，并輸出姿態(tài)息到控制器，控制器不停地調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)速，這樣就保持了一個動態(tài)的平衡。
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