1一款基于STM32的平衡車系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)案例 1 1 1 2 4 6本設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一款基于STM32的平衡車系統(tǒng)，以該芯片為核心，利用速車體姿態(tài)、行進(jìn)距離、電壓等顯示在OLED顯示屏上，對(duì)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)(1)小車平衡控制：在PID控制為原理的基礎(chǔ)上，使用MPU傳感器，以(2)小車速度控制：在保持平衡的基礎(chǔ)上，對(duì)電機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)速度控(3)小車方向控制：控制兩個(gè)電機(jī)間的轉(zhuǎn)速不同實(shí)現(xiàn)方向控制。1.2方案設(shè)計(jì)電路?？刂齐娐穭澐譃槿缦伦幽K：(3)速度檢測(cè)：檢測(cè)電機(jī)霍爾測(cè)速輸出脈沖頻率；2(4)電機(jī)驅(qū)動(dòng)：驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電極運(yùn)行功率電路；(5)電源：電源電壓轉(zhuǎn)換，穩(wěn)壓，濾波電路；傳感器模塊編碼器反饋穩(wěn)壓模塊超聲波模塊下載與調(diào)試電機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)上位機(jī)圖1.1系統(tǒng)框架圖電池經(jīng)過降壓穩(wěn)壓后提供穩(wěn)定的5v和3.3v給STM32主芯片和各電子模塊，STM32主芯片通過讀取MPU-6050傳感器芯片的數(shù)據(jù)，獲取小車系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀I(lǐng)AP15W4K58S4芯片是STC公司設(shè)計(jì)與制造的一款可在線仿真的高性能芯片，體積小，工作電壓寬1.5V-5.5V。它與傳統(tǒng)的8051單片機(jī)系統(tǒng)指令兼容，但深受廣大用戶的青睞，具有豐富的外設(shè)模塊，適合制作兩輪自平衡小車。圖1.23RxD3/AD0P0.0-1TxD3/AD1/P0.1-239RxD4/AD2/P0.2-338P2.6/A14/CCTxD4AD3/P0.3-437P2.5/A13/CCPO_3T3CLKO/AD4/P0.4-536P2.4/A12/ECI_3/SS_2/PWPWMFLT_2/T3/AD5/P0.5-635P2.3/A11/MPWM7_2/T4CLKO/AD6P0.6-734P2.2/A10/MISO_PWM6_2/T4/AD7P0.7-833P2RxD2/CCP1/ADCO/P1.0-932P2.0/A8RSTOUT_TxD2/CCPO/ADCI/P11-10CMPOECISSADC2/P1.211MOSTADC3/P1.3-1229MISOADC4P1.4-1328"P3.SCLKADC5/P1.5-14PWM6/SYSCLKO_2/XTAL2RxD_3/ADC6P1.6-1526PWM7XTAL1/TXD_3/ADC7/P1.7-16CMP-/SS_3/SYSCLKORST/P5.417CMP+P5.5-19GND-2021P3.0RxDINT4/T2CLKO●PWM:6路15位硬件PWM+2路CC·ADC:8路10位高速ADC;·定時(shí)器：共7個(gè)定時(shí)器，5個(gè)16位可重裝載定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，2路CCP還可再實(shí)現(xiàn)2個(gè)定時(shí)器；·IO□:最多提供62個(gè)GPIO;STM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計(jì)是同類產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品。圖1.3為STM32F103C8T6引腳圖。43456789口PA10口PA8巨PC9●定時(shí)器：3通道16位通用定時(shí)器(TIM2/TIM3/TIM4),1通道高級(jí)控制定時(shí)綜上所述，根據(jù)任務(wù)書要求和系統(tǒng)需求，選擇使用STM32F103C8T6,因?yàn)橥庠O(shè)功能豐富強(qiáng)大。51單片機(jī)AD、EEPROM等功能需要靠擴(kuò)展，增加了硬件5(1)高性能三軸加速度+三軸陀螺儀的六軸傳感器模塊，通過IC總線給出(2)使用InvenSense公司提供的運(yùn)動(dòng)處理資料庫(kù)，實(shí)現(xiàn)姿態(tài)解算，降低了(3)體積小，自帶溫度傳感器。(4)支持IC從機(jī)地址設(shè)置和中斷。(5)兼容3.3V/5V系統(tǒng)。成本不超過10元，對(duì)兩輪自平衡小車來說，它的精度和性能綽綽有余了，MPU6050在這個(gè)價(jià)位里面幾乎是占有絕對(duì)的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。芯片內(nèi)部集成了一個(gè)算不再是難事。MPU6050模塊如圖1.4所示。(1)芯片內(nèi)置有16bit轉(zhuǎn)換器，16位數(shù)據(jù)輸出；(2)供電電源3.3V或者5V(模塊自帶LDO,內(nèi)部低壓差穩(wěn)壓);(3)標(biāo)準(zhǔn)IIC/SPI通信協(xié)議，使用硬件SPI可達(dá)到10M波特率；(4)具有131LSBs/°c敏感與全格感測(cè)，范圍為±250,±500,±100,6的3軸加速度器；ICM20620模塊如圖1.5所示。感器，SC-AHRS-100D2為九軸傳感器，對(duì)系統(tǒng)而言綽綽有余，因此MPU6050TB6612FNG是東芝半導(dǎo)體的直流電(1)驅(qū)動(dòng)電壓：最大支持15V輸出電流：1.2A(連續(xù))/3.2A(峰值)(3)封裝尺寸：SSOP24,0.65mm引腳間距7TB6612FNG內(nèi)部集成兩組H橋驅(qū)動(dòng)電路，所以能直接驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，模塊如圖1.6所示。L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊性能特點(diǎn)：(1)可實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)及調(diào)速。(2)啟動(dòng)性能好，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。(3)工作電壓可達(dá)到36V,4A。(4)可同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)。方案三：BTN7960BTN7971是一個(gè)半橋型驅(qū)動(dòng)芯片，驅(qū)動(dòng)一個(gè)電機(jī)需要兩個(gè)BTN及相應(yīng)的外置芯片。這個(gè)芯片是最開始做智能車的時(shí)候使用的芯片，相當(dāng)耐用，一般不會(huì)有什么問題。但是價(jià)格不太友好，不建議使用。8大，而且不用外加散熱片，在額定范圍內(nèi)，芯片基本不發(fā)熱。效率上提高很多，