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十八届智能车单车越野组沁恒方案分享-GPS基础循迹

单车组别到今年为止已经有三年了，今年的单车又把比赛场地搬到了室外，要求车模依次通过坡道、圆环锥桶

和S弯道锥桶，规则和今年的急速越野组相同，但是相较于急速越野组来说，单车使用的是直立车模，在完成

比赛任务的同时还要兼顾车模自身的平衡，速度上限相对于越野组会低一点，但是独特的行走方式也为调车生

活增添了不一样的乐趣。

一、所用配件

车模：K车模*1

LQ-CH32V307母板+核心板*１

LQ-沁恒WCH-LINK-RV下载器*1

LQ-2.0寸TFT彩色液晶屏*1

LQ-DRV8701单路驱动精简版*1

LQ-mini512线AB相编码器*1

LQ-2830直流有感无刷电机*1

LQ-IR2136无刷电机驱动板*1

LQ-单车碳纤维支架一套*1

LQ-沁恒蓝牙主从机*1

LQ-6050V3陀螺仪*1

LQ-3S动力锂电池-12V*1

LQ-5V光电传感器模块E18-D80NK*1

LQ-双频GNSS定位导航模块*1

二、资源分配及模块连接

1、AB512线mini编码器模块

注：编码器的连接选择的是母板上编码器2接口，编码器接口上突出部分与母板上的丝印相对应，注意不要

接反，目前CH32V307系列的单片机只支持AB相编码器，大家在购买编码器时注意不要买错。

2、电机驱动模块

注：电机驱动模块使用LQ-8701精简版单路驱动，使用PWM和GPIO控制电机转动，其中PWM占空比控制电机速

度，IO高低电平控制电机正反转，要注意VCC和GND不要接反，接线错误会使驱动板不能正常工作，电源接线

严禁接反，接反必烧！

3、2830直流无刷电机和2136无刷驱动

注：关于无刷电机和2136驱动板的介绍和使用，大家可以阅读之前的推文进行学习（点击下列图片可跳转），

在调试时要注意电机和驱动板的温度，避免过热造成电机和驱动板的损坏。

4、MPU6050陀螺仪模块

注：陀螺仪模块使用LQ_MPU6050V2/V3版模块，通过PH2.0-4P转杜邦排线连接母板上的I2C接口使用I2C进

行通讯，可直接调用龙邱科技移植后的dmp进行角度读取和处理，使用非常方便，接线时同样要注意VCC

和GND的位置，不要接反。

5、E18-D80NK光电传感器模块

注：E18-D80NK光电传感器是一种集发射与接收于一体的光电传感器，发射光经过调制后发出，接收头对反射

光进行解调输出。输出状态为0和1。检测距离可通过尾部的电位器旋钮调节，最大检测距离80cm，使用IO口外

部中断下降沿触发，效率高，反应灵敏。

6、双频GNSS定位导航模块

注：双频GNSS定位导航模块可直接接入母板对应蓝牙模块接口，高性能双频GNSS定位模组，搭载华大北斗的

最新Soc芯片，该模组支持新一代北斗三号信号体制，同时支持全球所有民用导航卫星系统(包括BDSGPS

GLONASSGALILEOIRNSSQZSSSBAS)。其集成电源管理架构，为GNSS导航应用提供高精度、高灵敏度、低功耗的

的解决方案。

三、控制思路讲解及部分代码展示

通过对单车运动原理分析，电单车是通过后轮驱动、前轮转向、动量平衡轮保持平衡以及自身的机械特性运动

辅助平衡实现直立和循迹运动：直行前进的时候，通过动量平衡轮的转动保持车体的重心落在中间位置，使车

体稳定直立；转向的时候，单车会受到与转弯方向相反的离心力的作用，我们可以改变电单车的平衡中值，通

过动量轮的调节改变车身倾角从而克服离心力的影响，就是我们经常说的压弯。

对于我们单车组别的同学来说，首先要实现平衡，然后实现转向、循迹等功能。

1、平衡调试

车模上增加动量平衡轮，根据动量守恒，利用动量平衡轮的转动作用力可以使车模保持稳定直立，在平衡时，

我们需要不断地去检测车模当前角度和角速度以及动量轮电机当前的速度，通过PID运算控制动量轮转动来达

到平衡。

平衡控制算法方面，我们移植了并级PID和串级PID两种算法来供大家参考：

并级pid采用角度环与速度环分别计算，最终输出结果相加的方式，角度环通过对当前角度的偏差和当前陀螺仪

采集到的角速度值进行运算，速度环为正反馈环，使动量轮更有力，将速度环和角度环相加计算出电机最终的

PWM。

并级PID角度环和速度环代码如下：

在串级PID，我们将三个PID算法融合到了一起，分别为速度环、角度环和角速度环，将三个环串联在一起便构

成了我们的串级PID，陀螺仪采集到的角速度非常灵敏，车身角度变化后角速度会有很快的响应，所以我们将

角速度环作为串级PID的最内环，速度环的作用是将动量轮电机转动的速度尽可能的