【深大电赛】-基于STM32的平衡车设计

简介:基于STM32的平衡车设计,加入了蓝牙模块、超声波模块,并成功实现预期功能。

开源协议: CC-BY-NC 3.0

发布时间:2020-06-17 15:37:16
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描述

系统架构及功能描述

(1)系统架构及功能描述     这里选择了STM32F103C8T6芯片作为主控芯片,此芯片具有32位的处理能力,可以让自平衡系统更加稳定高效的运行。该芯片工作频率高达72MHz,在存储器的等待周期访问时可达1.25DMips/MHz,采用单周期乘法和硬件除法,并且有64K闪存程序存储器、3个通用定时器、一个定时器,满足PWM、记录车轮转速等功能的实现,还有37个快速I/O端口,所有I/O口可以映像到16个外部中断。     自身平衡传感器是使用了MPU6050六轴加速度陀螺仪来获取车身水平数据。此传感器是整合性6轴运动处理组件,六轴主要包含xyz三轴方向的重力加速度分量和xyz三轴的角速度,集成了陀螺仪和加速度计于一体,从而极大程度上免除了独立使用的陀螺仪和重力加速度计在时间上的误差,而且减少了占用 PCB 板的空间,还提供了温度输出,和传感器级联。MPU6050有以下特性:①对陀螺仪和加速度计分别用了三个16位的ADC,将其测量的模拟量转化为可输出的数字量(-32768,32767);②角速度全格感测范围为±250、±500、±1000与±2000度/秒 (dps),可准确追踪快速与慢速动作;③重力加速器全格感测范围为±2g、±4g、±8g与±16g;④片上带有1024 节的FIFO,有助于降低系统功耗;⑤提供400kHz的I2C和1MHz的SPI通信接口,对于I2C接口还提供了一个可修改地址的IO(AD0);⑥电压范围:2.5V-3.3V,模块可自行兼容3.3V和5V。     经过PID姿态算法处理后,通过MG310霍尔减速电机。处理器自带GPIO因功率限制,无法直接给电机提供动力,所以需要额外的电机驱动芯片。此芯片具有大电流MOSFET-H 桥结构,双通道电路输出,可同时驱动 2 个电机,PWM信号输入频率范围,高达100KHz的频率,效率比传统的L298N提高很多,体积上也大幅度减少,在额定范围内,芯片基本不发热。     动力方面选用了mg310霍尔减速电机。此霍尔电机工作电压小,转速稳定,9kg大扭曲,尺寸小巧,因此选择此电机。     超声波测距模块采用的HCSR04,探测距离2cm-450cm,探测角度<15°。     另外本自平衡系统配有一个BT04-A蓝牙串口[9],此蓝牙串口支持V2.1+EDR协议,具有体积小,功耗低,收发灵敏度高的优点,可以连接自己开发的手机app来查看控制车体系统,app用易安卓开发平台制作,本app具有操作自平衡系统移动方向和获取自平衡系统的数据的功能。 (2)功能描述     本自平衡系统可实现自我平衡;在保持自平衡的情况下可以前后左右移动,并且可以直线行驶,不会严重抖动;在拿起小车后小车停止转动,放下小车又可以正常转动;装有超声波模块可以智能避障;OLED屏幕显示当前状态、温度等数据。另外此自平衡系统还搭载了BT04-A蓝牙串口,具有数据传输交换功能,可以利用自编写的手机app来查看和控制车体系统,更加方便灵活。 本系统使用了STM32F103C8T6最小系统作为主控,自身平衡传感器是使用了MPU6050六轴加速度陀螺仪,通过TB6612电机驱动芯片驱动编码电机,因此在电机控制和电源方面首先考虑到的是大电流,在电机驱动和电源方面增加了线宽来让系统保持更好的通过性,在稳压电路部分采用了两颗锂电解电容和三颗无极电容来制造一个干净电源,来让系统更加稳定精准。

设计图
ID Name Designator Quantity
1 超声波 U6 1
2 拨动开关 U3 1
3 扩展2 U9 1
4 接口1 U8 1
5 0.1UF C3,C2,C4 3
6 T型插头 COPY J1 1
7 TB6612 U1 1
8 mpu6050 U2 1
9 12TO5 U5 1
10 220u C1 1
11 电池检测 U4 1
12 蓝牙mm U7 1
13 电机2 U10 1
14 电机1 U11 1
15 STM32板 U12 1

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