MATLAB/Simulink 2018a 模型開發樂高EV3 雙足平衡機器人（含視訊）
之前隻是用Matlab做一些算法的仿真，資料的計算分析處理，知道MATLAB中包含有Simulink，隻知道Simulink用于控制一類的仿真，最近深入接觸了一下Simulink，發現這個工具實在是太強大了。如果說僅僅把MATLAB/Simulink想象成一個仿真計算的工具，那實在是太落伍了。
目前MATLAB/Simulink更多的是在産品的實作階段發揮更重要的作用，例如之前我要開發一個機器人産品原型，我要去實作産品，需要做什麼：
- 硬體設計及生産；
- 根據實際硬體，不斷調試軟硬體接口、驅動；
- 算法仿真；
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針對硬體進行算法編碼，部署到硬體上更改算法的各項參數
事實上傳統模式花費功夫最大的是硬體及軟體編碼，而産品最重要的算法設計往往精力配置設定不夠。
下面一段話是本文的中心思想，也是做這個項目的目的：
MATLAB/Simulink不光用來做仿真、資料處理，可以直接完成軟硬體內建、調試、測試、報告等過程，實作産品數字化、自動化設計過程，人花費精力最大是産品的設計過程，而産品的實作和測試由Simulink工具完成。這也就是基于模型的設計（MBD）的概念，成為當今産品研發的主流模式。在汽車行業，要講究開發效率和可靠性，是以幾乎所有的軟體都以這種模式進行開發，逐漸成為一個行業标準。
歡迎大家添加我們的公衆号，基于模型的智能系統研發。會在公衆号中分享更多基于模型的開發案例，包括一些低成本硬體如STM32、ARM、樹莓派等，并提供最前沿的MATLAB技術發展咨詢。
下面就以平衡機器人的開發為例，進行介紹，做這個東西，搭樂高機器人用了半天時間，調試開發環境和模型用了兩天，是以公用兩天半完成平衡機器人的原型開發。
基于模型的開發，你可以直接找成熟的硬體，MATLAB/Simulink包含有相關的硬體驅動，可以直接在Simulink環境中完成資料的讀取、裝置的控制，并将算法直接生成代碼下載下傳到硬體當中。本項目MATLAB/Simulink通過WiFi與樂高EV3機器人相連接配接，通過Simulink對EV3控制系統進行模組化，模型自動生成代碼下載下傳到EV3中運作，并生成報告，将傳感器資料實時采集到模型中進行仿真并顯示。
目錄
- MATLAB/Simulink 2018a 模型開發樂高EV3 雙足平衡機器人（含視訊）
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- 目錄
- 樂高機器人
- MATLAB與樂高
- 1 開發環境
- 2 開發過程
- 3 調試注意事項
- 4 基于模型的開發帶來的好處
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樂高機器人
- 樂高機器人被廣泛用于程式設計、機器人設計、控制設計等領域的入門教學。在美國和日本，樂高機器人被廣泛用于學生和愛好者的競賽當中。在中國，我們也發現越來越多的少兒教育中，開始引入這些低成本的教學平台，用于激發學生的學習興趣，同時也幫助提高學生的動手能力。
- 如果用傳統的方式學習制作機器人，我們得先學習電腦基本概論，接着要了解電子電路、數位邏輯和微處理器，才能制作出基本的微電腦控制電路。然後還要學習彙編語言（Assembly）或C語言，撰寫微處理器的程式…對了，也許最麻煩的是機械結構，我們得決定要用步進馬達還是一般的直流馬達，不同的驅動形式，信号的驅動和回饋處理方式也不一樣；而且即便是采用最單純的輪胎或履帶作為行走方式，也可能要搭配各種齒輪來調配扭力和速度。想到要學習、DIY這麼多東西，很多對自制機器人懷抱憧憬的業餘玩家，滿腔熱血到此就涼了大半截。
MATLAB/Simulink模型開發樂高EV3 雙足平衡機器人MATLAB/Simulink 2018a 模型開發樂高EV3 雙足平衡機器人（含視訊） - 最新一代的LEGO頭腦風暴系列的主要–EV3。它的按鈕可以發光,根據光的顔色可看出EV3的狀态.更高的分辨率的黑白顯示器,内置揚聲器,USB端口,一個迷你SD讀卡器,四個輸入端口和四個輸出端口。支援USB2.0,藍牙和WiFi與電腦通訊。還有一個程式設計接口用于程式設計和資料日志上傳和下載下傳。相容與移動裝置，（安卓、IOS）由AA電池或EV3充電直流電池供電。
MATLAB與樂高
通過安裝在MATLAB上的樂高硬體支援包，你可以通過Simulink程式設計，并用USB線、藍牙、WiFi、網線來控制樂高Mindstorms機器人，進而:
- 不需要任何其他工具箱就可以直接開始程式設計
- 在MATLAB工作環境中互動式地開發調試和排除故障
- 開發自定義的圖像使用者界面來用于控制機器人
- *使用MATLAB來分析傳感資料并使其可視化
1 開發環境
Simulink 樂高EV3
| 項目 | 版本 | 備注 |
|---|---|---|
| 計算機 | Win10 64位 | 帶WiFi、藍牙子產品 |
| MATLAB/Simulink | 2018a | 安裝樂高硬體支援包 |
| LEGO EV3 | 45544,固件：V1.08E | 配件： WiFi子產品、USB線，EV3自帶藍牙，産品ID：001653****** |
2 開發過程
1) 組裝樂高機器人：
組裝過程見http://robotsquare.com/2013/10/01/education-ev3-45544-instruction/
2) 建構MATLAB/Simulink控制系統模型
打開GyroBoy模型，相關模型下載下傳見公衆号
平衡車系統模型：
硬體驅動部分：
在模型界面點選Tools- Run on Hardware – Options, 在Harware Implementation中，選擇EV3，設定為WiFi模式，填入相應的ID和IP位址，點選OK。
Simulink與樂高通訊相關設定：
然後在主界面中，确認仿真模式為External模式，點選運作按鈕， 等待30s-60s，會彈出報告生成界面，
通過Simulink模型自動生成平衡車代碼，相關報告：
平衡車上的傳感器資料實時采集傳回到Simulink中，并在模型中完成參數實時更改調試：
運作效果圖：
相關視訊見：
http://www.56.com/u52/v_MTUxNjEwNjY1.html
3 調試注意事項
對EV3的1.09版本相容性不夠，需要對EV3版本進行确認，最好使用1.03-1.08版本。固件更改可通過下載下傳樂高官方軟體進行固件更新，參考樂高官方檔案。目前采用WiFi模式，如果調試有問題，請确認各項設定是否正确，多試幾次。對于USB、藍牙等模式還在調試當中。
4 基于模型的開發帶來的好處
核心控制器軟體的開發僅需一名工程師，使用MATLAB和Simulink，設計師不再親自為控制器編寫一個控制算法及底層驅動代碼，無需要擔心低層次細節，如指針、記憶體配置設定、類型聲明、預處理、編譯或連結等，是以有更多的時間去探索實際的程式設計概念和實踐。在将後續進行産品化時，使用Embedded Coder針對嵌入式處理器，從現有的控制器模型直接生成代碼，大大縮減開發時間。
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