平衡小车吧 关注:322贴子:477

关于STM32双轮自平衡小车DIY[使用带编码器的直流减速电机]

只看楼主收藏回复

空荡荡的吧,我来慢慢垦荒。想做平衡小车的人不少,但大都觉得无从下手,这张帖就从线路,以及模块、配件的选择入手,一直到程序编写以及PID的调试方法,用比较经济的配件制作一辆STM32双轮自平衡小车。


IP属地:湖南来自iPhone客户端1楼2015-08-05 15:27回复
    环顾淘宝,JS们几乎都是399上下的价格。价格不菲,利润不少。不管如何鼓吹技术以及资料,我们仍然不能花费如此高昂的冤枉钱。


    IP属地:湖南来自iPhone客户端2楼2015-08-05 15:33
    回复
      首先我们来选择主控CPU,根据平衡小车所需的IO,估计程序量的大小,再看看某宝上小车大多数的选择,建议大家使用STM32F103C8T6这款MCU。当然,更高级别的也可以。会有不少朋友用自己的开发板连接模块搭建小车,但个人并不建议,因为接入12V左右的电压,如果在降压环节出现问题或者操作不当,单片机有很大挂掉的风险。使用最小系统板不但廉价而且小巧,并不会让我们DIY的花费增加太多。下面这样的最小板某宝只需十几元。推荐。


      IP属地:湖南来自iPhone客户端3楼2015-08-05 15:41
      回复
        然后我们需要一款电机驱动模块,让我们可以通过单片机来控制电机。某宝上常见的微型电机驱动模块,L298N和TB6612FNG。
        L298N是双路H桥驱动,模块一般自带一个5V的电源输出,不过不建议使用。偌大的散热片已经告诉大家,这是一个发热量极大的家伙。相比于TB6612FNG,性能上确实差距较大。
        TB6612FNG是东芝半导体公司生产的一款直流电机驱动器件,它具有大电流MOSFET-H桥结构,双通道电路输出,可同时驱动2个电机。
        TB6612FNG每通道输出最高1 A的连续驱动电流,启动峰值电流达2A/3A(连续脉冲/单脉冲);4种电机控制模式:正转/反转/制动/停止;PWM支持频率高达100 kHz;待机状态;片内低压检测电路与热停机保护电路;工作温度:-20~85℃;SSOP24小型贴片封装。
        TB6612FNG的主要引脚功能:AINl/AIN2、BIN1/BIN2、PWMA/PWMB为控制信号输入端;AO1/A02、B01/B02为2路电机控制输出端;STBY为正常工作/待机状态控制引脚;VM(3~13.5 V)和VCC(2.7~5.5 V)分别为电机驱动电压输入和逻辑电平输入端。
        TB6612FNG是基于MOSFET的H桥集成电路,效率远高于晶体管H桥驱动器。相比L293D每通道平均600 mA的驱动电流和1.2 A的脉冲峰值电流,它的输出负载能力提高了一倍。相比L298N的热耗性和外围二极管续流电路,它无需外加散热片,外围电路简单,只需外接电源滤波电容
        就可以直接驱动电机,利于减小系统尺寸。对于PWM信号,高达100 kHz的频率相比以上2款芯片的5 kHz和40 kHz也具有非常大的优势.
        其实两者都可以用,L298N发热量大,TB6612性能更好,但格外金贵。


        IP属地:湖南来自iPhone客户端4楼2015-08-06 13:20
        收起回复
          还有呢


          IP属地:广东来自Android客户端5楼2015-08-06 20:04
          回复
            介绍下底盘


            IP属地:广东来自Android客户端6楼2015-08-06 20:05
            回复
              好吧,既然有人来了,我就说说底盘咯。不过周末可不可以休息一两天。


              IP属地:湖南来自iPhone客户端7楼2015-08-07 21:56
              回复
                楼主继续


                来自Android客户端8楼2015-08-08 13:26
                收起回复
                  平衡小车的底盘,很多人都会觉得某宝上价格所有配件中最贵的就是底盘。而底盘最贵的无非就是两个直流减速电机。
                  首先直流电机这个概念不用解释,有些人甚至会不理解“减速”两个字的含义,这里给小白们也解释一下,减速电机实质就是在直流电机前加装了一个齿轮箱,减速箱。假设减速比是10:1,则电机本身转1000转,最终的输出轴只转100转,然而速度慢了,输出的力矩就成比例增长了。
                  平衡小车底盘所配的直流减速电机,一般是尾部出轴并配有测速编码器,也正是因为增加了这个编码器,使得电机身价陡增。何为编码器呢。大家可以先查百度百科。
                  http://baike.baidu.com/link?url=OLmUDChdiCH7OX6YHbyG8CqpX_VgAoJ0iC1TSq1GwaLaNPaVu92J3LSaTX2gnEE6KeZeoXB4T1CmVw3Dghonoq
                  电机尾部的编码器,一般是增量式的编码器,而且标准的正交编码器。这样的电机一般接口有6根线,电机的M1,M2两根,编码器需要5V或者3V3的电源和GND线,还有两根则是编码器输出的两个信号,我们称之为A\B相。大家可以看下图,黄线蓝线是电机时AB相的波形输出。两者周期正好相差90°,既是所谓的正交。而如果电机反转,两者的波形位置刚好会对换过来,我们则可以以此来判断电机正反转的情况。

                  现有的电机带的编码器一般有两种,光电与霍尔编码器,一般光电分辨率比较高,但是会有被干扰的情况,霍尔的单圈脉冲较少,但相对而言,更稳定,而且霍尔一般价格较低。
                  就DIY小车而言,光电以及霍尔精度都是足够的,如果不是太“处女”的朋友还是可以考虑霍尔编码器的电机。
                  现在网上底盘的价格从100到200元不等,个人觉得价格在100到150之间的价格也还是比较中肯的,至于扭力的问题,如果不是需要小车扛着铁疙瘩还得稳稳的站好,一般问题也不会太大。
                  但是电机的额定空载转速应该在200到300之间,电机比较小,如果超过300RPM扭力会变得比较小,而转速小于200RPM,小车的反应会显得有点慢。
                  不需要相信某些店家宣传的多大力矩多大功率。 就370 520 528这些规格的国产电机而言,功率一般就在3W左右顶天了,也并没有520就一定比370电机扭力更大的说法,而且实际需要的扭力肯定没有那么大,功率的增加直接导致的是电池损耗的增加,而大的电池价格会比较昂贵。关于电池的选择改天详述。


                  IP属地:湖南9楼2015-08-09 00:45
                  收起回复
                    电池充放电C率。
                    一般充放电电流的大小常用充放电倍率来表示,
                    即:充放电倍率=充放电电流/额定容量;例如:额定容量为100Ah的电池用20A放电时,其放电倍率为0.2C。电池放电C率,1C,2C,0.2C是电池放电速率:表示放电快慢的一种量度。所用的容量1小时放电完毕,称为1C放电;5小时放电完毕,则称为1/5=0.2C放电。一般可以通过不同的放电电流来检测电池的容量。对于24AH电池来说,2c放电电流为48A,0.5C放电电流为12A。


                    IP属地:湖南来自iPhone客户端11楼2015-08-09 15:45
                    回复
                      而锂电池平衡充电是为了防止在充电过程中,电池组内各个电芯因为充电速度不同导致电压不一致的现象而产生的一种技术。旨在控制电池组内充电均衡,避免某些电芯未充满而有的电芯已经饱和。
                      详细的介绍自行参阅百度百科。


                      IP属地:湖南来自iPhone客户端13楼2015-08-10 17:25
                      回复
                        当然使用单节的18650电池是没有这个问题的。


                        IP属地:湖南来自iPhone客户端14楼2015-08-10 17:26
                        回复
                          顶一下


                          IP属地:山东来自iPhone客户端15楼2015-08-17 06:58
                          收起回复
                            楼主直接pid算法以及滤波吧,另外陀螺仪的温漂有点麻烦啊


                            IP属地:浙江来自Android客户端17楼2015-08-23 13:31
                            回复
                              楼主讲讲PID控制与卡尔曼滤波的部分把


                              IP属地:湖北来自Android客户端18楼2015-09-04 16:21
                              收起回复