传感器在自平衡电动独轮车上的应用
自平衡电动独轮车靠电机驱动的,选用陀螺仪与驱动电路控制保持不倒。把身体向前歪斜就能发动。速度则是由身体的歪斜程度来控制的,向前倾即可加速,向后倾即能减速。
抛开人的自动控制,独轮平衡车确保正常运作必定离不开角速度传感器(陀螺仪)和加速度传感器。
加速度传感器:
加速度传感器能够丈量由地球引力或者物体运动所产生的加速度。要核算出车,只需丈量任意一个方向的加速值即可,比如运用X轴向上的加速度信号,车直立时,固定加速度器在X轴水平方向,此时输出信号为零偏电压信号。若车发生歪斜,重力加速度g会在X轴方向形成加速度分量,因此引发该轴输出信号产生变化。
但在实际车运转过程中,因为平衡车自身的运动所产生的加速度会产生较大的干扰信号叠加在上述测量信号上,真正的倾角不能被所输出的信号精确的反应出来。因此不能完全由加速度传感器来取得对于直立控制所需要的姿态信息
角速度传感器:
物体的旋转角速度可以用陀螺仪来丈量。测量车倾斜的角速度,只需平衡车上装置陀螺仪,在将角速度信号进行积分处理便可以得到车的倾角。
陀螺仪的工作原理:在不受外力影响,一个旋转物体的旋转轴所指的方向是不会变化的。人们依据此道理,用它来固定方向,制造出来的东西就叫陀螺仪。我们骑自行车本来也是利用了这个原理。轮子转得越快越不容易倒,由于车轴有一股保持水平的力量。陀螺仪在运作时要给它一个力,使它极速旋转起来,通常能达到每分钟几十万转,能够运作很长时间。然后用多种方法读取轴所指示的方向,并主动将数据信号传给控制系统。
角速度与加速度两个传感器都无法无法独自取得动态情况下的精确,稳定的姿势,但是这两种传感器具有互补性,即加速度传感器,在静态情况下使用作用会好一些,陀螺仪在动态状态下使用,作用会好一些。因此需要一种算法来将这两种信号进行有用的交融,才能取得精确的姿态信息。
因此电动独轮平衡车之需要姿态传感器(陀螺仪)、控制器(智能芯片)、执行器(电机)就能保持平衡状态。若驾驶者歪斜身体,相应姿态信息会被姿态传感器输出,控制器接收到该信息后,指挥电机向相应方向旋转,姿态传感器依据固定频率不停地丈量车子姿态,并给控制器输出姿势信息,控制器不断地调整电机的转动方向和转速,这样就保持了一个动态的平衡。
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