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接着上一篇，咱们继续！
原因很简单，第一年我卡在了路程环上，第二年我去忙别的事情了~
直接说路程环吧！
平衡小车的站立，至少需要两个环！一个是角度环，维持小车平衡。但是维持平衡还不够，你会看到它平衡的到处乱跑，不服从指挥。
所以需要第二个环：路程环（也有人叫位置环）。它能让小车原地不动，或者按照我们的要求移动。原理也很简单，它会监测小车轮胎的转速和转向，从而对小车的移动进行纠正。
为什么说至少需要两个环？
有的人还会做转向环，假设，如果有外力导致小车旋转了90°，那么也要把这个旋转纠正过来。
为什么说我在这里卡了一年？网上不是有很多方案吗？你手里不是也有样品吗？
确实，如果要做一个跟我手里一样的，一点都不难。但我不想做那样的，我用的是N20的电机，这种电机带码盘的很少，而且价格高的不正常！
有多高？
电机不加编码器，价格十多块。加了编码器之后，价格变成了37块钱！
自己定做一批高精度码盘？
一个是成本会有较大的提升，另外就是违背了我的初衷。我的其中一个初衷就是：尽量使用低成本、市面上现成的元件来制作这个小车。
一个电机十多块钱，但如果加上码盘，要卖到37！两个就70多！两个一元硬币大小的电机，卖70多，很难接受！
这个问题从2017年初就开始困扰我，怎么搞？再这么拖下去，外甥都要上大学了！！！
同期，卡着我的还有另一个问题，路程环的问题。假设，我真的没得选，用了37块钱一个的电机，能不能实现路程环？
这个我试了一下，虽然有些坎坷，但还是能用的。难道真的要用这个？
先给外甥做一个玩具出来吧，一方面做验证，另一方面，再拖下去，我这个舅舅的尊严就彻底没了。
做的过程很顺利，采用了8.4V的锂电池，转速一分钟300转的电机，外接了一个蓝牙串口模块，可以接手机，通过蓝牙串口助手发送指令，实现手机遥控的效果。在家附近找了个公园，测了一下无线传输的距离，撑死二三十米。但是忽悠小朋友足够了！
同时，继续查资料！
所以，这一阶段的主要问题是：如何在不使用测速码盘的情况下，或者是一些别的方式，实现小车原地站立。
查了很久，还真查到一个思路，还是最开始那个帖子。
那位前辈，也考虑了跟我一样的问题：不使用路程环，能否实现位置的维持！
他在处理这个问题的时候，思维上升到了能量的层面。小车在向前移动或者向后移动的时候，肯定会消耗能量。如果把前后消耗的能量抵消，那么小车就能原地不动了。
怎么计算这个能量？
说来也简单！把小车每个周期下，驱动电机的PWM的占空比，以及电机旋转方向记录下来，做累加。向前为正，向后为负，尽量保持累加和为零。进而实现小车的位置原地不动。
有没有效果？
据这位前辈说，有一定的效果，但是会随着时间不断偏移，偏移比较明显。
呵呵，这位前辈很调皮啊！这么搞，自己玩玩可以，不能做为方案对外分享啊。
怎么办？
那段时间差不多每天都在想这个问题，有时候睡觉也会想~
头疼了很长一段时间，终于出现了转机。
第一个问题的转机，我印象里出现在2017年下半年。
这里不得不提到一个人：孟瑞生，他曾经在电子发烧友论坛众筹STM32的开发板。我之所以注意到他，是因为他毕业于中北大学。
是的，跟我一个学校，也就是我师兄。
后来他去了嘉立创，创建了技新网。技新网主要做各种模块，方便工程师做验证。他们曾经推出过一款产品（非平衡车），上面同样使用了N20电机，同样对该电机进行了测速，但测速方式却和传统的平衡小车完全不一样。
传统的电机在测速的时候，他们是在电机的旋转轴上加了一个码盘，这样电机在旋转的时候可以测出它的转速，还有旋转方向，这个码盘可以是光栅码盘也可以是霍尔码盘。
放个图：
这里借用平衡小车之家的图给大家说下。
左边的电机在电机旋转轴上增加了一个霍尔码盘，电机转一圈，码盘输出13个信号（数量多少根据码盘结构）。而右边的电机，在旋转轴上增加了一个光电码盘，码盘旋转一圈可以输出500个脉冲。
无论是13还是500，都是减速前的脉冲个数，如果电机减速比是30的话，前面的数字还要乘以30.13X30或者500X30，就是小车轮胎旋转一圈输出的脉冲个数。
技新网是怎么做的？
他们使用了一个红外反射式传感器，做了个模块，利用轮胎自身的结构，组成了一个另类的测速装置，如图：
核心是里面用到的芯片：ITR8307。这是一个红外反射式传感器，芯片表面由两部分区域组成。一部分用来发射红外光，另一部分用来接收红外光。如果能接收到，说明芯片表面有类似镜面的物体存在，那么，这有什么用？
看轮胎！
早期的卖家在宝贝详情里会说一句话：轮胎自带编码器（现在好像看不到了）。
原谅我才疏学浅，孤陋寡闻！很长时间，一直没明白自带的编码器在哪，怎么用！直到技新网做了上面那个模块，我才明白过来。
轮胎内部自带白色牙齿（原谅我用“牙齿”这个词），共有12个。他们把红外反射模块固定在牙齿下面，当轮胎旋转时，牙齿会依次、间断的从传感器上面经过，出现的效果就是高、低、高、低电平的不断输出。单位时间内计算脉冲信号个数，速度有了~~~
注意这里的脉冲个数，上升沿12个、下降沿12个！轮胎转一圈只有24个！
然后是方向。很遗憾，这种编码器没法计算方向。但是无所谓，我只需要在检测到高低电平的时候判断一下电机的驱动方向就行了，毕竟当前脉冲个数不多，精度一般。
而这种解决方案的成本，相比37块钱一个电机的价格，简直便宜的不像话。
电机测速问题解决了，但是路程环怎么搞？
前面说了，常用的测速码盘，轮胎旋转一圈，输出的脉冲个数，要么300+，要么上千。而这里的码盘，旋转一圈，输出24个脉冲！！！
这个数量级的差别，导致我在调试路程环的时候几乎无从下手！现有的程序移植过去，上电，几乎看不到路程环起作用。如果把路程环里的PID参数调大，最直观的现象就是小车变得剧烈的抖动，然后倒下。
怎么办？
那段时间差不多每天都在想这个问题，有时候睡觉也会想~
头疼了很长一段时间，第二个问题终于出现了转机，结果就是算法方面要换一种思路。前面说了，角度环已经没有问题，有问题的是当前状态下的路程环。解决这个问题只有两个方向：1、优化；2换思路。
我选择了第二个，怎么换的思路？
这里不得不提到我的岳父大人，他除了是我岳父，还有一个身份，就是一位老中医，老武术家。有一些人跟他学武术，周末的时候经常聚在一起练习。
我跟着去过几次，有一段对话让我印象很深。当时是一个人想他提问，关于搏击的问题。我岳父具体怎么回答的我已经记不清了，大致意思就是：
“两个人搏击，目的就是把对方放到。而放倒对方最核心的方式，就是破坏对方的重心！”
是的，破坏对方的重心。我当时对这段话印象深，是因为我岳父的学历，说实话不是很高（这里没有任何意思，只是陈述一个事实），但是却能用一种很科学的方式来描述这个问题。让我很是惊讶！
而后期我头疼的那段时间，这句话时不时出现在我脑子里。所以我在想，会不会有什么启发的作用？注意，下面是我的思考过程（你们也可以自己先想一下）：
小车的站立也要保持重心平衡，如果不平衡，那么就会往一个方向偏。在这个过程中，我要阻止外力对小车重心的破坏。
小车的平衡靠角度环可以实现，但是会偏。怎么不让它偏？
由于小车的车身质量分布并不均匀，导致小车水平的时候可能并不是它的平衡角，那就需要找到这个平衡角。小车维持平衡的角度，刚好是小车重心垂直过电机轴的角度。所以小车初始调试的时候，需要先找平衡角。
假设已经找到了平衡角，在平衡角状态下，外力导致小车向前走了7步，我可以通过码盘测速测出来。那么，怎么纠正？
重心！
是的，我可以让小车的重心平衡角向反方向增加0.7°。这样角度环为了维持平衡，会自动往反方向纠正。往回走一步，重心平衡角上面添加的误差少一点，回到原地，角误差清零。
当我想出这个方法的时候，脑子是极度兴奋的！因为我相当于抛弃了传统的路程环，重新设计了一种控制思路。同样是夜里十一点多，我把这种思路转化为代码，编译、烧录、上电。
现象跟我想的一样，小车以一个位置为原点，做往复运动！
在这种情况下，只需要把偏差和重心结合起来，使用PID的方式计算出一个纠正用的误差角，叠加到小车的平衡角上就行了。而传统的路程环就彻底被我抛弃了，这种新的PID环，如果之前没有人用过的话，我想把它叫做重心环。
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我了个去，奇葩的思路！
还好！