【STM32】【HAL库】平衡小车(PID实战2)(一)硬件设计

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【STM32】【HAL库】平衡小车(PID实战2)(一)硬件设计

文章目录

• 概述
• 项目目标
• 原理图
• • 分析
  • 传感器部分
  • • 姿态传感器
    • 编码器
  • 执行器部分
  • 主控部分
  • 电源
  • 其他接口
• PCB
• • 全貌
  • MPU6050
  • 电机驱动
• 焊接
• 成品

概述

平衡车作为经典PID设计项目,非常热门,也非常适合 PID/单片机 初学的项目

没有看起来那么难,愿每个人都可做出自己的平衡车

本系列文章,从硬件到软件,带领大家制作平衡小车

分为三节

1. 硬件设计
2. 软件设计
3. PID调参

本节是硬件设计部分

项目目标

直立,可以在正常程度的干扰下保持不倒

在保持直立的同时,小车接近静止,尽量不左右旋转

原理图

分析

想要实现平衡小车

需要:

1. 主控部分(用于计算PID)
2. 传感器部分(获取当前的姿态,和两个电机的转速)
3. 执行器部分(电机驱动)
4. 电机和支架

电机和支架选用大鱼电子的平衡车底盘

电机也自带霍尔编码器和减速机构(保证扭矩可以让小车平衡)

传送门

传感器部分

姿态传感器

姿态传感器选用MPU6050

内含DMP,可以节约很多主控的运算压力

价格较低(8r)

电路图参照数据手册提供的电路

详情看这篇博客,传送门

主芯片部分

外部接口

电源滤波

I2C上拉

编码器

编码器是电机自带的,

是AB项15线(我买的版本)霍尔编码器

这边用PH2.0 6P的排线链接起来就行了

执行器部分

需要两路电机驱动

这边选用的是L298n

主芯片和电源滤波[

反电动势过滤,避免电机的反电动势给系统造成损害

通过PH 2.0 6P输出给电机

主控部分

整个项目所需要的运算速度和RAM不需要很大

需要:

3-4个定时器(2个用于读取编码器数据,1个用于发出PWM控制电机,1个用于产生中断计算PID,PWM生成和定时器中断可以使用同一个定时器)

硬件I2C(软件也行,就是2个GPIO口)(用于与MPU6050通信)

指示灯(GPIO)

选择的芯片是STM32C6T6,原理图在立创上没找到,因此使用C8T6的原理图和封装,管脚是一样的

主芯片

其他必备的电路

按键和LED

电源

系统输入是DC 12V

L298n需要5V供电(使用 78M05)

stm32和编码器需要3.3V供电,电流很小,LDO(AMS1117)即可

5V

3.3V

输入

其他接口

留出一个可以与nrf24l01模块通信的接口

PCB

全貌

预留螺丝孔是基于平衡车底盘

MPU6050

作为姿态传感器,放置时要尽量接近整个PCB(小车)的中心位置

将其他附属元件以此为中心排列即可

电机驱动

电机驱动部分建议与控制部分的距离拉开来,避免产生干扰

焊接

对于MPU6050建议使用加热台或者热风枪焊接,这个芯片对温度很敏感,建议不要长时间加热

其他贴片元件可以随意,但千万注意虚焊和短路问题

技术实在不达标的可以选择SMT,嘉立创的服务还是可以的

成品

立创

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