ChatGPT体验-用C语言写的平衡车项目

对话过程

问题1：

结合传感器单片机做一个高空平衡车，你用C语言写一下控制车辆平衡与前进后退的核心代码

AI回答1：

高空平衡车是一种复杂的机器人系统，需要使用多种传感器来检测车辆的姿态和运动状态，并根据检测结果进行控制。以下是一个简单的示例代码，演示如何使用传感器单片机控制车辆平衡和前进后退。

#include <stdio.h>
#include <math.h>

// 定义控制参数
#define Kp 20.0f    // 比例控制参数
#define Kd 0.1f     // 微分控制参数
#define Ki 0.2f     // 积分控制参数

// 定义电机控制参数
#define PWM_FREQUENCY 50000    // PWM信号频率
#define MAX_DUTY_CYCLE 65535   // 最大占空比

// 定义电机控制引脚
#define MOTOR_FORWARD_PIN 10   // 电机正转引脚
#define MOTOR_BACKWARD_PIN 11  // 电机反转引脚

// 定义加速度计传感器引脚
#define ACCELEROMETER_X_PIN A0 // 加速度计X轴引脚
#define ACCELEROMETER_Y_PIN A1 // 加速度计Y轴引脚
#define ACCELEROMETER_Z_PIN A2 // 加速度计Z轴引脚

// 初始化电机控制引脚和PWM信号
void setup() {
pinMode(MOTOR_FORWARD_PIN, OUTPUT);
pinMode(MOTOR_BACKWARD_PIN, OUTPUT);
analogWriteFrequency(MOTOR_FORWARD_PIN, PWM_FREQUENCY);
analogWriteFrequency(MOTOR_BACKWARD_PIN, PWM_FREQUENCY);
}

// 读取加速度计传感器数据
void read_accelerometer(float* accel_x, float* accel_y, float* accel_z) {
int raw_x = analogRead(ACCELEROMETER_X_PIN);
int raw_y = analogRead(ACCELEROMETER_Y_PIN);
int raw_z = analogRead(ACCELEROMETER_Z_PIN);
*accel_x = ((float)raw_x / 1023.0f - 0.5f) * 2.0f; // 将读数转为加速度
*accel_y = ((float)raw_y / 1023.0f - 0.5f) * 2.0f;
*accel_z = ((float)raw_z / 1023.0f - 0.5f) * 2.0f;
}

// 计算控制输出
int compute_control_output(float error, float error_integral, float error_derivative) {
float control_output = Kp * error + Ki * error_integral + Kd * error_derivative;
int duty_cycle = (int)(control_output * MAX_DUTY_CYCLE);
return duty_cycle;
}

// 控制车辆平衡和前进后退
void control_balance_and_motion() {
float accel_x, accel_y, accel_z;
read_accelerometer(&accel_x, &accel_y, &accel_z);

// 计算倾斜角度
float angle = atan2(accel_x, accel_z) * 180.0f / M_PI;

// 计算控制误差
float error = 0.0f - angle;

static float error_integral = 0.0f;
error_integral += error;

static float prev_error = 0.0f;
float error_derivative = error - prev_error;
prev_error = error;

// 计算电机控制输出
int duty_cycle = compute_control_output(error, error_integral, error_derivative);

if (duty_cycle > 0) {
// 控制车辆前进
digitalWrite(MOTOR_FORWARD_PIN, HIGH);
digitalWrite(MOTOR_BACKWARD_PIN, LOW);
analogWrite(MOTOR_FORWARD_PIN, duty_cycle);
analogWrite(MOTOR_BACKWARD_PIN, 0);
}  else {
// 控制车辆后退
digitalWrite(MOTOR_FORWARD_PIN, LOW);
digitalWrite(MOTOR_BACKWARD_PIN, HIGH);
analogWrite(MOTOR_BACKWARD_PIN, -duty_cycle);
analogWrite(MOTOR_FORWARD_PIN, 0);
}
}

void loop() {
control_balance_and_motion();
}

在这个示例中，我们假设使用了一个加速度计传感器来检测车辆的姿态，使用两个电机控制车辆的平衡和前进后退。我们使用C语言编写了一个基本的控制程序，通过读取加速度计传感器的数据来控制车辆的平衡和前进后退。

在上述代码中，我们使用了一个if-else语句来控制车辆的前进和后退。当控制输出duty_cycle大于0时，我们将电机正转引脚设为高电平，反转引脚设为低电平，并使用PWM信号控制电机正转的速度。

控制车辆后退时，我们将电机正转引脚设为低电平，反转引脚设为高电平，并使用PWM信号控制电机反转的速度。具体来说，我们将计算得到的控制输出duty_cycle取负值，然后使用analogWrite函数将该值作为电机反转引脚的PWM信号输出，并将电机正转引脚的PWM信号输出设为0，从而实现控制车辆后退的功能。

问题2

这辆车可以在崎岖的地面行使，当检测地面的不平时，将50cm的距离波动视作干扰数据，自动忽略，也就是说；如果检测到地面距离是49的话将忽略此障碍。

回答2

要实现对崎岖地面的行驶，并在检测到地面高度的小波动时忽略干扰数据，可以在代码中加入以下内容：

// 定义地面高度变量
float ground_height = 50.0f;

// 定义允许的高度误差
float height_error_tolerance = 1.0f;

// 读取超声波传感器数据
void read_ultrasonic(float* distance) {
// 读取超声波传感器数据
// ...

// 如果距离小于地面高度 - 允许的高度误差，说明有障碍物
if (*distance < ground_height - height_error_tolerance) {
// 将距离设为地面高度，忽略干扰数据
*distance = ground_height;
}
}

// 控制车辆平衡和前进后退
void control_balance_and_motion() {
float accel_x, accel_y, accel_z;
read_accelerometer(&accel_x, &accel_y, &accel_z);

// 读取超声波传感器数据
float distance;
read_ultrasonic(&distance);

// 如果距离小于地面高度 + 允许的高度误差，说明车辆已经靠近障碍物
if (distance < ground_height + height_error_tolerance) {
// 停止车辆前进或后退
analogWrite(MOTOR_FORWARD_PIN, 0);
analogWrite(MOTOR_BACKWARD_PIN, 0);
return;
}

// 计算倾斜角度
float angle = atan2(accel_x, accel_z) * 180.0f / M_PI;

// 计算控制误差
float error = 0.0f - angle;

static float error_integral = 0.0f;
error_integral += error;

static float prev_error = 0.0f;
float error_derivative = error - prev_error;
prev_error = error;

// 计算电机控制输出
int duty_cycle = compute_control_output(error, error_integral, error_derivative);

if (duty_cycle > 0) {
// 控制车辆前进
digitalWrite(MOTOR_FORWARD_PIN, HIGH);
digitalWrite(MOTOR_BACKWARD_PIN, LOW);
analogWrite(MOTOR_FORWARD_PIN, duty_cycle);
analogWrite(MOTOR_BACKWARD_PIN, 0);
} else {
// 控制车辆后退
digitalWrite(MOTOR_FORWARD_PIN, LOW);
digitalWrite(MOTOR_BACKWARD_PIN, HIGH);
analogWrite(MOTOR_FORWARD_PIN, 0);
analogWrite(MOTOR_BACKWARD_PIN, -duty_cycle);
}
}

在read_ultrasonic函数中，我们先读取超声波传感器的数据，然后判断距离是否小于地面高度减去允许的高度误差。如果是，说明有障碍物，就将距离设为地面高度，忽略干扰数据。

在control_balance_and_motion函数中，我们先读取加速度计和超声波传感器的数据，判断是否靠近障碍物。如果是，就停止车辆前进或后退。如果不是，就继续计算控制误差，并根据误差控制电机前进或后退。

这样，我们就可以让车辆在崎岖的地面上行驶，并且在检测到地面高度的小波动时忽略干扰数据。