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4是dd444

时间:2020-04-27 08:23:20 来源:4阿斯顿撒多 作者:信盈达


平衡小车,这个开源项目已经出来很多年了,虽然是一个比较基础的项目,但也牵扯到方方面面的知识,单片机程序开发、硬件电路设计、焊接手法等。

在许多朋友咨询信盈达小编,电子设计入门,该选什么项目时,小编都会首推这个。


那么,如果一个新手,或者对电子设计有兴趣但不知道从何下手时,看这篇文章就对了。

我将平衡小车分为三种技术路线,不同的技术路线都可以实现完成平衡小车,不同的路线,针对不同的基础的人群,难度都不同。



直接网上买一套平衡小车底盘, 100元以内足以,太贵的没必要买。一般来说,车底盘都含有电机、轮子、车板。

有了车架,还差电路部分,如何设计?为了让大家快速熟悉平衡小车的系统电路,加快开发速度。

第一条路线,我们采用模块化的设计方式。也就是电路部分都采用模块,将各个模块电路连接起来即可完成电路设计。那么需要哪些模块电路呢?

单片机最小系统:这个是用来写入程序的。 


电机驱动:用来驱动电机;单片机IO电流不够,不足以驱动电机。 


姿态传感器:MPU6050(用来获取小车姿态数据,来保持平衡)。 


电源模块:用来做电源升降压,给各个单元电路(单片机、电机驱动MPU6050)供电。 


电池:给整个系统供电。 


无线模块:用来做遥控,控制小车移动行走。


做个简要说明:


单片机最小系统(10~20元) ;根据自己的单片机型号来选择,喜欢用32的可以买32,喜欢用51的可以用51等。

电机驱动(10~15元) :据购买的电机电压来购买,比如,你的电压是12v,应该选用工在12V下的电机驱动。

姿态传感器(10元) :这个基本不用考虑其他的,常用的就是MPU6050,当然,还有其他的些数字的、 模拟的姿态传感器,像icm20602+ ak8975+sp106-001等。

电池和电源模块:为了方便,多少V的电机就选多少V的电池,一般而言,现在都是12V的直流减速电机直接选用12V的航模电池套装即可。

无线模块:无线模块建议选用蓝牙, HC05/06主从一体。口通信,便宜,主要是,可以直接连接手机蓝牙,用手机APP直接对小车进行控制。(手机控制不香吗?)



将各个系统模块化之后,根据电路原理图,要进行的就是,手工焊接。

针对完全不熟悉的朋友而言,更推荐此种方式,此种方式能让我们更快速且有效的去搭建起电路,并去验证我们的电路。

毕竟PCB的绘制以及腐蚀都是需要时间的,更加不说那些对PCB设计不熟悉的朋友了。

手工焊接,需要一块和车架板差不多大小的洞洞板,方便我们的板子后面安装在车上。

手工焊接和PCB设计一样,需要考虑各个模块以及元件的布局。也就是各个模块的摆放位置。

模块位置的摆放正确与否,能让我们少走锡,少布跳线。能让我们省去许多精力,到底能多省。用烙铁去体会!



第二条路线,模块化+PCB绘制。

同样的,第二条路线也采用模块化设计,但与第一条不同的是,在于不再使用洞洞板焊接,但此种方法路线,针对于基础较好,对PCB绘制以及一些单片机基本电路较为熟悉的朋友。

当然,用第一种方法完成平衡小车的设计之后,可以采用第二种方法进行进阶学习,可以通过此方法来学习或加强PCB设计。

毕竟,别人的电路板,哪有自己设计的香。

本质上,此种方法路线与第一种没有什么不同。省去了人工焊接布线,使用机器布线,再通过自我腐蚀或工厂打样制作,来完成整个电路板的设计。


第三条路线:集成化主板。

同样的,第三条路线都可以作为第一条、第二条的进阶学习之路。

想要完成集成化主板的设计,需要对单片机系统以及外围电路非常熟悉,能进行自我电路设计,包括一些基本的电源电路等。

当然,网上也有许多电路可以进行参考,毕竟做的人特别多。

在此我也为大家准备了一套完整的电路和程序资料。长按图片二维码即可获取该平衡小车开源设计资料等。


*信盈达工程师设计的主板和小车



讲完了三种硬件搭建路线之后,需要谈论的应该是程序部分了。我为大家已经准备好了各个“单词”,只要大家学会拼即可。

如何做?

在资料包中,我准备好了MPU6050测试电机驱动测试蓝牙测试程序

我们可以通过程序对单个模块电路进行测试,一步一步的移植拼接。


先测试MPU6050程序,通过测试程序正确读取出6050数据。

单独再调试单片机和电机,单片机程序是否能正确控制电机驱动,使得电机正反转、加减速。

以MPU6050程序为基础,将电机转动程序加入其中,并添加PID控制函数,以6050数据为闭环入口参数,调节PID参数,计算出控制PWM,来控制电机转动,保持小车车身平衡。

小车控制平衡后,对蓝牙测试程序进行单独测试,并将蓝牙控制信号输入到PID控制函数中,作为速度环和转向环的一个控制变量,来达到控制小车前后左右移动的效果。

以上,就是平衡小车程序的整体设计思路。


最后,想要表明一点,关于平衡小车设计,说来简单且粗暴,但实施起来,需要花费的时间和精力不言而喻。

因为其涵盖软硬件设计,对于新手而言,工作量确实较高,但等完成之后,回过头再看,脑子里觉得没什么工作量。但手上却多了各种技术活。

这也许就是电子设计的魅力之所在:享受设计制作过程之折磨,收获成果后之享受。


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