倆輪自平衡智能小車循跡系統計算機仿真調試在大學生創新性能力培養中的應用

彭琛 蒙昌棟 王曉峰

摘要：本次設計是基于學生申請的大學生研究性與創新性項目倆輪自平衡循跡小車，系統設計完成后在實驗室里進行系統仿真調試，首先對系統PID參數進行調試，主要確定小車能夠實現自平衡，其次結合攝像頭循跡功能調試，使小車可以具有循跡功能，根據調試結果不斷修改數據，以求達到系統設計要求，這樣不僅可以鍛煉學生的動手能力，還可以開拓學生的創新性思維，對高校學生的創新性能力培養起到了很好作用。

關鍵詞：自平衡；循跡；創新性；智能小車

中圖分類號：TP31 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）12-0192-03

Application of Computer Simulation and Debugging of Two-wheeled Self-balancing Intelligent Car Tracking System in Cultivating College Students'Innovative Ability

PENG Chen， MENG Chang-dong， WANG Xiao-feng

（College of Computer and Electrical Engineering， Hunan University of Arts and Sciences， Changde 415000， China）

Abstract： This design is a two-wheeled self-balancing traceable car based on the research and innovation project applied by students. After the system design is completed， the system is simulated and debugged in the laboratory. Firstly， the system PID parameters are debugged to determine that the car can achieve self-balancing. Secondly， combined with the camera traceability function， the car can have traceability function. According to the debugging， the car can have traceability function. Result The data are constantly revised to meet the requirements of system design， which can not only train students'practical ability， but also open up students' innovative thinking， and play a very good role in the cultivation of College Students'innovative ability.

Key words： self-balance； track； innovation； intelligent car

大學生的創新能力培養在整個本科教育中占有著舉足輕重的位置，尤其以工科為代表，工科類專業要求學生既要弄懂理論知識，還要能夠實際操作，在本科畢業設計過程中還要體現創新性研究，所以在平時對創新性能力的培養不可忽略。本次設計是基于學生申請的大學生研究性與創新性項目倆輪自平衡智能小車循跡系統，在實驗室里進行系統仿真調試，首先對系統PID參數進行調試，主要確定小車能夠實現自平衡，其次結合攝像頭循跡功能調試，使小車可以具有循跡功能，根據調試結果不斷修改數據，以求達到系統設計要求。

1 PID參數調式

倆輪自平衡智能小車循跡系統采用閉環PID調節，由編碼器，陀螺儀和攝像頭分別反饋小車的速度，傾斜角，角速度和黑線的偏差。其中陀螺儀反饋的角度和角速度作為平衡小車直立PID調節的反饋，用于調節小車的直立。在平衡車已經直立的基礎上編碼器反饋的速度作為平衡小車速度PID調節的反饋，用于調節小車的速度。在平衡小車的直立和速度PID都調好之后，攝像頭模塊反饋的黑線偏差作為位置PID的輸入，使小車能夠在一個很小的偏差內實現循跡功能。

進行調試選用的工具是MDK5和OpenMV IDE。首先進行的是小車直立的角度PID的調試，工具是MDK5，我們將速度PID和位置PID的Kp，Ki，Kd全置0。將角度PID的Ki，Kd置0，Kp=100。數據如表1所示：

在該參數下，小車能較好地穩定在平衡位置。

2 攝像頭循跡調試

接下來進行的是攝像頭循跡方面的調試，使用的軟件是OpenMV IDE，打開軟件并連接上攝像頭后在右邊的拍攝圖像下面選擇Grayscale Color Space，然后在圖像中框出些許黑線，在下面的圖表中找到Min和Max的大小，把該值寫入到函數black_threshold = [（Min， Max）]中去。

完成上述操作我們保存下剛才的數據，重新連接攝像頭在程序最后添加 print（err_x），這個err_x就是當前黑線與攝像頭中心點的x坐標的偏差。點擊軟件下面的Serial Terminal，我們就可以看到當前的偏差值是多少。

3 綜合調試

在獲得黑線的位置偏差后，我們就可以進行小車的位置PID調節了，首先我們將參數調節成表9所示：

調試現象：小車在小彎道和直角，銳角彎都能拐過去。

4總結

通過PID參數調試和攝像頭循跡調試，以及最后的綜合調試后，設計出來的倆輪自平衡小車基本上能夠滿足自我平衡，自動循跡功能還能通過模塊擴展進行防抖等功能，學生們經過這次調試后，把平時學的理論知識應用到了設計當中，還集思廣益，體現出來許多創新想法，所以高校的實驗室建設對于大學生創新性能力的培養有很大的好處，可以為學生的各種創新思維提供一個能夠實現的溫床。

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【通聯編輯：梁書】