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模塊化迷你兩輪平衡小車

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熊健 發表于 2016-12-11 00:57:04 | 只看該作者 |只看大圖 |閱讀模式 打印 上一主題 下一主題
本帖最后由 熊健 于 2017-1-22 11:15 編輯

17年1月22日,文章有更新~
目前平衡小車已經添加了速度反饋控制,性能已經有了很大提升,大家如果有興趣可以去git或者眾籌網站上查看:
https://github.com/bigbearishappy/BBear_balance_car
另外,平衡小車目前已經開始了眾籌前的預熱,感謝大家的鼓勵,也希望能夠得到大家的支持;
眾籌預熱地址:
http://z.elecfans.com/94.html


很多人對平衡車的相關技術很有興趣,但是在實際搭建平衡車或者購買套件時會發現其實成本很高,動輒需要300~400的價錢,而且搭建出來的東西塊頭很大,做好后的存放是個問題...
  之前自己就走這條路做過一個平衡小車,為了填坑,我專門花了不少時間進行選型,最后在經過三次PCB打樣后終于有了一款非常小巧的平衡小車,這個平衡小車在實現了平衡的前提下做到了非常小的尺寸以及高度的模塊化設計,其整體尺寸僅為8cm*4cm*4cm;其模塊化設計做到了將傳感器,電機驅動器,紅外遙控接收器,以及馬達和電池都是可以拆卸的模塊。
  其次就是關于代碼和資料方面,感謝很多網友的無私奉獻,他們的資料給了我很大幫助,現在小車已經差不多完成,我也在這里分享給大家。

  先上個全家福:
東西大小可以通過尺子看出來,控制方面采用的紅外遙控~

剛才提到了模塊化的問題,在設計中,我盡可能的將能夠安裝的模塊都采用模塊化方式處理,這樣就算以后不用小車了,它的很多模塊都是可以放到別的地方繼續使用的。
我專門把所有東西都拆開后照了張照片:
其實東西不多,
一個核心板,
一個mpu6050陀螺儀加速度計,
一個電機驅動,
兩個無刷電機減速馬達,
兩個輪子,
一個紅外遙控器,
一塊鋰電池,
一個紅外接收管

  接下來給大家看看電路原理圖:
因為是截圖,有點模糊,如果需要源文件,我待會兒放在附件里面~
原理圖沒什么難的,最小系統+電機控制+電機電源
繪制時細心加耐心就沒什么問題,不然就會和我畫第一版時一樣吧tx和rx給畫反了...

PCB圖:
各位大神看見我這凌亂的布線就不要吐槽了,畢竟不是電子專業出身,這些工具什么的都是自學的,如果哪位大神有關于PCB方面比較好的書籍推薦我學習學習我會非常樂意接受的,嘿嘿~

上面是關于硬件設計部分,接下來是軟件了:

軟件流程:

軟件部分分為兩個大部分:

1數據部分

數據部分圍繞MPU6050傳感器展開。分為數據獲取,濾波,數據處理

1.1數據獲取

STM32通過I2C和MPU6050進行通訊,其中涉及到基礎的I2C通信協議實現,在I2C基礎上,涉及到MPU6050各種參數的設置,比如加速度的范圍等。不同的設置獲取到的數據會不一樣并且精度也不一樣。

1.2濾波

在獲取到原始數據后經過簡單轉化變為角度,但是這個數據是不準確的,因此需要濾波處理,由于小車比較簡單,濾波就用的是互補濾波。這樣就能獲取比較精確的數據的了。

1.3數據處理

在濾波前需要對獲取的原始數據進行處理,這個需要一點點物理知識,還有一個就是角速度的積分操作,這個需要使用定時器來完成。


2控制部分

控制部分主要分為PID算法,電機驅動

2.1PID算法

PID算法就是比例,積分,微分這三個變量相互作用最后輸出到控制器上去。剛開始時以為需要P就夠了,最后發現效果不好,在加入了D之后,效果就很好了。

2.2電機驅動

電機驅動主要設計的知識就是PWM波的控制,STM32有相關的庫操作,只需要按要求設置好就OK了。然后將PID算法產生的結果作為參數輸入到這里就可以實現控制了。


軟件部分涉及的東西不多,就算是單片機新手,花功夫肯琢磨也不會用多久時間。


  七七八八說了那么多,沒有視頻說個毛線,在這里錄了個小視頻,讓大家見笑了:

做這個小車還是花了些時間,目的是希望給后來者多填坑,小車目前還有很多不足需要改進,由于選型問題,沒有找到合適的碼盤測速,所以目前這個小車還沒有車輪的速度反饋,如果解決這個問題,小車的性能會更上一層樓。

  希望大家能給我多多提出意見,如果有什么疑惑,我也會盡可能幫助解決~


  差點把資料的事情給忘記了,我的這個小車的所有相關資料都放在github上面,地址:

  https://github.com/bigbearishappy/BBear_balance_car


  如果覺得還行的話給我點個星星,如果覺得做的不好的話也希望大家能夠幫我一起改進~


17年1月22日最新更新:

為了讓更多人近距離感受平衡小車的魅力,我目前正在籌備這個平衡小車的眾籌工作,到時會以非常優惠的價格推出套件,大家如果有興趣請聯系我:

郵箱:BBear_mail@163.com


謝謝~


參與人數 6下載幣 +33 刀幣 +44 收起 理由
我愛電子 + 5
苗條的猩猩 + 5 + 16 空間利用的很好,看起來很爽。
瘋愛 + 5 支持DIY精神!
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黎明之光 + 7 + 7 我對單片機一竅不通啊
diyhome + 10 + 10 很給力!

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 樓主| 熊健 發表于 2016-12-11 11:23:31 | 只看該作者
談天說地吧 發表于 2016-12-11 09:24
搞的不錯,有套件賣嗎?

51沒有嘗試過,你可以試試看~
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苗條的猩猩 發表于 2016-12-11 11:28:06 | 只看該作者
看門查水表 發表于 2016-12-11 08:37
為什么這么多人用STM32呢?51不行么?

stm32寫程序很多功能都有函數庫,要IIC,調個函數,要pwm,調個函數,要fft,調個函數。51就不行了,都需要自己寫。當然51速度也慢一些,畢竟8位嘛,但是寫平衡車完全夠的。
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2#
看門查水表 發表于 2016-12-11 08:37:03 | 只看該作者
為什么這么多人用STM32呢?51不行么?
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3#
談天說地吧 發表于 2016-12-11 09:24:17 | 只看該作者
搞的不錯,有套件賣嗎?
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4#
王棟春 發表于 2016-12-11 10:14:13 | 只看該作者
好貨 學習一下         
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5#
 樓主| 熊健 發表于 2016-12-11 11:22:34 | 只看該作者
51沒有嘗試過,你可以試試看~
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7#
 樓主| 熊健 發表于 2016-12-11 11:24:27 | 只看該作者
談天說地吧 發表于 2016-12-11 09:24
搞的不錯,有套件賣嗎?

暫時還沒有,小車還有問題,以后改進的差不多了才會考慮出套件
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9#
看門查水表 發表于 2016-12-11 11:52:55 | 只看該作者
苗條的猩猩 發表于 2016-12-11 11:28
stm32寫程序很多功能都有函數庫,要IIC,調個函數,要pwm,調個函數,要fft,調個函數。51就不行了,都需 ...

看來STM32很方便啊,以后接觸接觸
51慢?STC公司的IAP那速度,延時一毫秒都要很多行程序,前些天STC出新型號了STC8A8K,STC8F8K,STC8F2K那速度也不是蓋的。。。所以對我來說89能滿足的就不用更高級的,大材小用了
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10#
夜漫亭 發表于 2016-12-11 13:13:58 | 只看該作者
這么強大,兩輪平衡車
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