莱洛三角V2-esp32-无刷驱动EG2133 - 嘉立创EDA开源硬件平台

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1、简单易用,可快速上手

2、流畅支持300个器件或1000个焊盘以下的设计规模

3、支持简单的电路仿真

4、面向学生、老师、创客

专业版 professional

1、全新的交互和界面

2、流畅支持超过3w器件或10w焊盘的设计规模,支持面板和外壳设计

3、更严谨的设计约束,更规范的流程

4、面向企业、更专业的用户

标准版 莱洛三角V2-esp32-无刷驱动EG2133

简介:在V1基础上更换无刷驱动为EG2133,增加充电均衡电路,更换充电芯片 2022/3/3更新,使用立创SMT板子已经通过验证

开源协议: GPL 3.0

(未经作者授权,禁止转载)

工程来源: 克隆自 自平衡的莱洛三角_esp32_可充电_10*10版本

创建时间: 2021-12-21 18:04:44
更新时间: 2024-03-28 10:54:33
描述
# V2自平衡莱洛三角形可充电RGB版 ### 介绍 该版本为2022/3/3制作的版本,无刷驱动使用EG2133可以成功使用esp32-arduino的simplefoc驱动。但是特殊情况下会mos管击穿冒烟,请使用带保护的锂电池,以防发生意外 (2202/3/3更新)中间为立创smt版本,左为铁板烧,右为风枪。均可以摇摆平衡,使用2715电机(动量轮每个孔上了四个螺母,一共48个螺母+12个12mm长的螺丝)情况摇摆平衡效果非常好。 (2022/3/15更新,动量轮增加了M5螺丝孔,可以只上一个M5螺帽就可以替代M3上4个螺帽的效果。打板可以自行选择M3或者M5的动量轮,但物料清单里面给出的是M5的) `程序附件都在`gitee[https://gitee.com/coll45/foc](https://gitee.com/coll45/foc) 一定要使用gitee-V2文件夹下的BOM进行下单购买,分为淘宝购买和立创购买 ![v2image.jpg](//image.lceda.cn/pullimage/WvALVtccHxGYPX7PelMFUALFcyC6J5cwk4P81UTN.jpeg) 图片中间为立创smt版本,左为加热焊台一次焊成,右为使用热风枪分区域焊成。均可以摇摆平衡,使用2715电机 - mos管可以全部换成**AP2300**(更便宜一些),立创商城有售,测试过可以实现foc控制`(原理图用AO3400只是因为它是SMT基础库)` - cn3300充电部分设计充电截至电压12.9V(考虑到电池内阻,最终充满电压为12.43V),充电电流0.5A,电感电流1.5A。充电功率为7.5W`(充电会电感部分会烫,但不至于烧毁电路)` - 电机可以适配GB2204和2715无刷电机`(2715的平衡成功率高,因为KV值小)` ### 1 制作说明 [原理图以及PCB图链接](https://oshwhub.com/45coll/zi-ping-heng-di-lai-luo-san-jiao_10-10-ban-ben_copy) 1. 在立创开源链接中,点击`在编辑器中打开`,进入EDA页面,双击对应的PCB,上方导航栏找到-制造-PCB制板文件(gerber)-生成gerber-一键PCB/SMT下单。(一定要进编辑器!!!有遇到过开源链接的bom和真实bom对不上的情况) 2. 在下单页面中下单对应的pcb,如需SMT(机器贴片)可以选需要SMT,不选SMT会得到PCB空板(SMT到手之后需要焊30几个元器件,PCB空板为181个) 3. `淘宝购买`的表格是SMT和普通空板都要购买的 4. 普通空板,`BOM_莱洛三角V2`可以直接从立创商城**bom导入里面导入** 5. 一定需要经向磁铁,物料清单里面已经给出,二选一(磁环方便但是邮费贵,圆柱磁铁便宜包邮需要自行粘贴) 6. 焊接是基本功,最好是有风枪+烙铁的情况下尝试制作。 SMT注意: - 选择需要SMT完成下单之后,进入订单界面。SMT分板定位孔选择-嘉立创添加,BOM与坐标清单选择-用我自己的BOM和坐标,导出文件选择-立创EDA。 - 需要上传的坐标文件和bom,都是在`EDA页面`-莱洛三角形PCB-制造-(物料清单BOM和坐标文件)中导出。 - 进入BOM匹配之后,左上角贴片数量选择-做5贴2(因为莱洛三角形制作一个需要两个PCB板,一个有元器件一个空板),贴片层-只贴顶层,产品类型-经济型,坐标文件生成方式-单板 - 强烈建议删除所有**扩展库以及推荐库**后打板`也可以删除AO3400这样可以便宜15元`(费用**做5贴2只需要90元**左右) - SMT下单完成之后,只需购买`BOM_SMT购买专用_莱洛三角V2`,同样是从立创商城bom导入 - `BOM_SMT购买专用_莱洛三角V2`中给出的MOS管将AO3400替换成了AP2300 ### 2 硬件特性 | 说明 | 参数 | |--------------|---------------------------------------------------------| | 莱洛三角形尺寸 | 100*100 mm | | 动量轮尺寸 | 80*80 mm | | 电池*3 | 厚x长x宽:7.9mmx25mmx40mm 规格内均可 | | 输入电压 | 3.7v锂电池*3 | | 充电电压 | 5V 从Type-C口输入 | | 充电芯片CN3300 | 5V输入,最大1.5A充电电流 | | 均衡芯片CM1010-A | 电池电压超过4.25V之后开始放电 | | 主控芯片 | ESP-WROOM-32 | | 电机驱动芯片EG2133 | 引脚:32, 33, 25 | | 稳压芯片TPS54331DR | 设置电池电压低于9V不工作,输出5.22V | | AS5600 编码器 | SDA-23 SCL-5  芯片要离磁铁有 2mm以上高度 | | MPU6050六轴传感器 | SDA-19 SCL-18 | | RGB灯-WS2812 | 使用GPIO16控制 | | LED指示灯 | 功能 | |-------------|-------------------------------------| | LED1 | 串口指示灯,ESP32发送串口数据时会亮起 | | LED2 | 充电完成指示灯,亮起表示充电完成,充到亮起可能需要2-3小时 | | LED30 | 充电指示灯,亮起表示正在充电 | | LED3 | typec的5V输入指示灯 接typec一定亮 | | LED4 | 3.3v指示灯 电池输入12v输出3.3V | | LED5 | 由GPIO4控制,电池电压低于9.5V时以1HZ频率闪烁 | | LED27\28\29 | 均衡指示灯,亮起表示该电池电压高于4.25V正在通过22欧姆电阻放电中 | | 触摸盘 | 功能 | |-------|---------------------------------------| | 单击时长 | 100ms以上 | | 长按时长 | 800ms以上 | | 点赞触摸盘 | GPOI13-Touch4-单击:开关RGB灯;长按:开关wifi和电机 | | 投币触摸盘 | GPOI15-Touch3-单击:增加RGB灯亮度;长按:下一个RGB灯效 | | 收藏触摸盘 | GPOI2-Touch2-单击:减少RGB灯亮度;长按:上一个RGB灯效 | ### 3 使用说明 1. 下载完本git所有文件后,打开arduino文件夹,解压arduino.7z完成之后双击运行esp32_package_1.0.6.exe安装esp32库环境。注意:若之前有安装过arduino,请将路径`C:\Users\用户名\AppData\Local\`的Arduino15文件夹和`此电脑\文档`内的Arduino 删除 (~~也可自行下载Arduino并安装SimpleFOC~~)(但是可能会版本不对电机不动) 2. 打开解压后的arduino文件夹内的arduino.exe,导航栏-文件-打开。选择v2\main里面的main.ino 3. 使用CH340下载器,将下载器的TXD\RXD\GND用杜邦线引出,对准PCB的ESP32正上方的GND\RXD\TXD,接法为TXD-TXD\RXD-RXD\GND-GND 4. 烧录程序到ESP32:选择工具-开发板-esp32 Arduino-ESP32 Dev module,然后连接USB口选择对应的com口,编译上传。 1.   如无法正常编译 1. 可能与原有arduino冲突,请查看使用说明第一条 2. 文件夹路径含有非法字符,可以把Arduino移动到硬盘根目录下,如D:\Arduino 5. 如需修改参数,长按点赞触摸盘,可以打开wifi并停止电机。 6. 打开本项目内的`python_gui`内的`可执行文件_main`内的**main.exe**并连接上WIFI:ESP32 。点击设置开始调参。 7. 连接成功后,点击disable,然后逆时针拨动动量轮,查看上位机中V参数是否为正值。注意!如果 逆时针转为为负值 那么需要将电机线任意两线互换。 8. 如果电机不能正常运行可以,点击上位机中最下方的 测试部分 ,打开电压或者速度测试,滑动滑条,查看电机能否正常运行。如还不能请检测硬件电路部分。 9. 如果不能摇摆直立,推荐调整的参数为TA、SA、SV 10. K值可以用滑块调整,拖动滑块就会发送参数命令,但是调整到合适值之后需要自行在Arduino的main中修改再烧录一次 11. 滑条:最左边输入框为滑块下限,右边是滑块上限,滑条等分成**200**份,命令是**字符串**,滑动滑块发送**字符串** + **数值** 比如让平衡角度为90度,则输入:TA90,并且会存入eeprom的位置0中 注:wifi发送**命令不能过快**,因为每次都会保存进eeprom,K参数没有保存到EEPROM所以可以使用滑条调整。 | 参数命令 | 说明 | | ---------------- |---------------------- | | TA | target_angle平衡角度 例如TA89.3 设置平衡角度89.3| | SV | swing_up_voltage摇摆电压 左右摇摆的电压,越大越快到平衡态,但是过大会翻过头| |SA|swing_up_angle摇摆角度 离平衡角度还有几度时候,切换到自平衡控制| |VP1|速度环的PID的P,1是稳定在平衡角度之前的P值| |VI1|速度环的PID的I,1是稳定在平衡角度之前的I值| |VP2|速度环的PID的P,2是稳定后的P值| |VI2|速度环的PID的I,2是稳定后的I值| |K为LQR参数|**3和4**是速度控制稳定前和后| |K3**1**|LQR的参数1:稳定前的角度差值| |K3**2**|LQR的参数2:稳定前的左右倾倒加速度| |K3**3**|LQR的参数3:稳定前的当前速度| |K4**1**|LQR的参数1:稳定后的角度差值| |K4**2**|LQR的参数2:稳定后的左右倾倒加速度| |K4**3**|LQR的参数3:稳定后的当前速度| LQR算法解释:当三角形向←倾斜时,需要产生向→的力回正。 在电压控制下:回正力F直接和输出电压值挂钩,向←倾斜,电机提供正电压V动量轮向**左加速转动**,产生向右的力F。 `期望电压 = 角度差值x参数1 + 左右倾倒加速度x参数2 + 当前速度x参数3` 在速度控制下:回正力F和动量轮转速加速度a有关,F = ma,向←倾斜,电机需要向**左加速转动**,产生向右的力F。 `期望速度 = 角度差值x参数1 + 左右倾倒加速度x参数2 + 当前速度x参数3` 两者区别:电压和速度控制都可以实现平衡,但因为使用simpleFOC控制电机转速无法无限加速,本电机实验最高转速180转,电压到上限12v。 使用电压控制会遇到,电机一下子就到了转速上限,就不能提供稳定的力F,参数调起来比较困难。 速度控制可以在偏差变大的时候,根据期望速度产生最大电压12v,并且不会超过电机最高转速。 ### 4 硬件设计 使用立创EDA绘制电路原理图,LaserMaker绘制莱洛三角形和动量轮(有激光切割机可以事先切割结构作为参考)。将绘制完的图形导入到立创EDA中可作为PCB的外框。丝印图案分别是**Gawr Gura**、**ouro kronii** ~~helicopter~~ LaserMaker绘制的plt在**莱洛三角结构**文件夹内,需要重新绘制电路图可以使用 感谢嘉立创的PCB制板,使DIY电路制作变得非常便利,点击下方超链接可以前往嘉立创进行PCB制板 [莱洛三角形V2PCB](https://oshwhub.com/45coll/zi-ping-heng-di-lai-luo-san-jiao_10-10-ban-ben_copy) ### 5 Ctrl+C +V(参考) Arduino上的控制算法是原作者的LQR,无刷驱动为立创开源的EG2133方案。 Python的GUI是以SimpleFOC的SimpleFOCStudio为基础,添加wifi功能。 V2的充电电路是在立创广场开源的《CN3300 4串电池组板》方案基础上改的3串锂电池 PCB以及原理图技术支持——muyan wifi效果以及按键面修复代码作者——muyan 1. 原作者:基于LQR控制器的自平衡莱洛三角形[BV19v411n7mN](https://www.bilibili.com/video/BV19v411n7mN) 2. muyan立创链接[https://oshwhub.com/muyan2020?tab=project&page=1](https://oshwhub.com/muyan2020?tab=project&page=1) 3. muyan git链接[https://gitee.com/muyan3000](https://gitee.com/muyan3000) 4. EG2133驱动参考[https://oshwhub.com/acmetech-lceda/minifoc](https://oshwhub.com/acmetech-lceda/minifoc) 5. 灯哥开源FOC [https://gitee.com/ream_d/Deng-s-foc-controller](https://gitee.com/ream_d/Deng-s-foc-controller) 6. CN3300 4串电池组板[https://oshwhub.com/583703056a/dian-chi-zu-ban_copy_copy](https://oshwhub.com/583703056a/dian-chi-zu-ban_copy_copy) 7. Arduino环境提供者[https://github.com/kaliCYH](https://github.com/kaliCYH) ### 6 有用的地方 1. Arduino的程序中的command.h、command.cpp可以支持任意的字符串输入。在其他项目中一样可以用,无论是wifi接收到的字符串数据或者是串口的字符串数据。 2. GUI上位机可以在其他wifi项目中可以继续使用,用来调参还是很方便。
设计图
原理图
1 /
PCB
1 /
未生成预览图,请在编辑器重新保存一次
ID Name Designator Footprint Quantity
1 22uF C1,C14 C1206 2
2 100nF C2,C5,C6,C13,C16,C42,C46,C47,C48,C21,C22,C23,C24,C25,C26,C27,C28,C29,C30,C31,C32,C33,C34,C35,C36,C37,C38,C39,C40,C41 C0603 30
3 1uF C3,C15,C44,C49 C0603 4
4 47uF C4,C7,C17 CAP-SMD_BD5.0-L5.3-W5.3-RD 3
5 10nF C8,C11,C12 C0603 3
6 1nF C9 C0603 1
7 47pF C10 C0603 1
8 22uF C18,C19,C20 C0603 3
9 4.7uF C43 C0603 1
10 22pF C45 C0603 1
11 M1010RS-03P CN2 CONN-SMD_M1010RS-03P 1
12 SS34_C8678 D1,D3 DO-214AC_L4.3-W2.7-LS5.3-RD 2
13 ZMM3V3 D2 LL-34_L3.5-W1.5-RD 1
14 FR107_C2760867 D4,D5,D6 SOD-123FL_L2.7-W1.8-LS3.8-RD 3
15 SMF5.0A_C908213 D7 SOD-123FL_L2.7-W1.8-LS3.8-RD 1
16 SJD12C6.5L01 D8 SOD-123_L2.8-W1.8-LS3.7-BI 1
17 1N4148W_C81598 D9,D10,D11,D12,D13,D14 SOD-123F_L2.7-W1.6-LS3.8-RD 6
18 HDR-M-2.54_1x2 J1,J2,J3,J6 HDR-M-2.54_1X2 4
19 HDR-M-2.54_1x3 J4,J5 HDR-M-2.54_1X3 2
20 触摸盘 K1,K2,K3 TOUCHPAD 3
21 K2-3.6×6.1_SMD KEY1,KEY2 KEY-SMD_2P-L6.2-W3.6-LS8.0 2
22 6.8uH L1 IND-SMD_L6.0-W6.0_SWPA6045S 1
23 33uH L2 IND-SMD_L7.1-W6.6 1
24 19-217/BHC-ZL1M2RY/3T LED1,LED2,LED3,LED4,LED5,LED27,LED28,LED29,LED30 LED0603-R-RD 9
25 MPU6050模块 P1 MPU6050模块 1
26 AO3400A Q1,Q3,Q4,Q5,Q6,Q7,Q8,Q9,Q10,Q11 SOT-23-3_L2.9-W1.6-P1.90-LS2.8-BR 10
27 S8050_C2146 Q2,Q12,Q13 SOT-23-3_L3.0-W1.7-P0.95-LS2.9-BR 3
28 120 R1,R2 R0603 2
29 62K R3,R5,R30,R31,R32,R47,R48,R49 R0603 8
30 56K R4 R0603 1
31 10K R6,R7,R9,R10,R11,R14,R15,R20,R21,R22,R23,R24,R33,R40,R41,R52 R0603 16
32 27K R8 R0603 1
33 1K R12,R26,R28,R29 R0603 4
34 4.7K R13,R34,R35 R0603 3
35 0.1 R16 R1206 1
36 470 R17,R18,R19 R0603 3
37 22Ω R25,R27,R50 R1206 3
38 10Ω R36,R42,R43,R44,R45,R46 R0603 6
39 300 R37,R51 R0603 2
40 1.2K R38 R0603 1
41 11K R39 R0603 1
42 SK-12D02-VG5 SW1 SW-TH_SK-12D02-VG5 1
43 TPS54331DR U1 SOIC-8_L5.0-W4.0-P1.27-LS6.0-BL-EP 1
44 CN3300 U2 SOT-23-6_L2.9-W1.6-P0.95-LS2.8-BL 1
45 ESP-WROOM-32 U3 WIFIM-SMD_ESP-WROOM-32 1
46 AMS1117-3.3 U5 SOT-223-3_L6.5-W3.4-P2.30-LS7.0-BR 1
47 AS5600_Modle U6 AS5600_MODLE 1
48 EG2133 U7 TSSOP-20_L6.5-W4.4-P0.65-LS6.4-BL 1
49 CM1010-A U8,U9,U10 SOT-23-6_L2.9-W1.6-P0.95-LS2.8-BR 3
50 TYPE-603-T3 USB1 USB-C-SMD_TYPE-603-T3 1
51 WS2812E LED6,LED7,LED8,LED9,LED10,LED11,LED12,LED13,LED14,LED15,LED16,LED17,LED18,LED19,LED20,LED21,LED22,LED23,LED24,LED25,LED26 LED-SMD_4P-L5.0-W5.0-TL 21

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