我的两轮平衡小车之路（基于STM32的脑洞大开设计）

本人小渣一枚，出于对平衡小车的强烈兴趣，决定要掉入此坑。从今天起，连续三个月（预计）开展此工作，尽量每周一更（要理解苦逼电农狗的难处~T T~）。希望在这个过程中，能与众大神们交流心得、共同进步。整个过程的开发资料会全部开源，同时在过程中会同步更新部分干货，不喜求轻喷。实现基本功能（两轮小车自平衡）外，还附带一些“浮夸”点的技能，喜欢的朋友可以后续关注一下。最后PS一下，所有开源资源仅限学习交流，禁止进行商用，本人保留所有追究权利。

李灿锋 · 2015-5-9 11:17:29

本帖最后由 540429224 于 2015-5-10 10:14 编辑

在动力系统选择方面，目前主流应该分成两派，一派是以直流电机为动力，另一派则是以步进电机为动力源。在这次设计中，我果断地选择了步进电机。当然，不是一般的那种5V小步进电机，而是大的步进电机——42系列两相步进电机（某宝上报价为30~40大洋一个）。以下42系列步进电机的型号参数（市面上多数为4出线方式）：

当然，网上销售的42步进电机参数会跟这个表有些许出入，但这并不会影响我们对它的选择。从各方面对比，直流电机比步进电机的转速要快许多，如果设计对速度有要求还是建议朋友们选用直流电机，42步进电机理论最大转速大概为4000R/min（但需要注意，转速和输出力矩会成反比），在这里已经满足我们的设计需求。选用42步进电机的一大重要原因是其输出力矩较大。相对直流电机而言，步进电机的单次控制精度可以很高（当然这也跟驱动IC和算法有关系）。在这里，不得不提就是细分技术。通过把周期内的PWM波分割成多个连续变化达到提高控制精度，其实质上是电子阻尼技术，其主要目的是减弱或消除步进电机的低频振动。所以说，但细分度足够够的时候，其控制精度理论上可以很高。
以下附上步进电机相关技术参数（干货）的地址：http://www.bujindianji.com.cn/show-22-3.html
（PS：绝对没有打广告的意思~@@~）

李灿锋 · 2015-5-10 10:13:22

好的，说明完了电机之后就要说明一下同样重要的步进电机驱动IC了。因为要用于控制42步进电机，根据其参数可以知道，它的工作电流是相当大的（1.2A），而且控制它需要PWM控制器和电流控制器，所以我们得找一款集成度较高的IC，这样方便硬件上的设计，当然也能为软件编程带来不少便利。在某宝上，主流的方案是使用东芝的TB6560AHQ，其参数满足基本设计需求（1.5A额定+3.5峰值，带PWM控制器，带细分功能），作为老牌成熟的解决方案，该IC以其出色的集成度和大输出电流、相对较低的价格成为不错的选择。但不得不说的是，因为技术成型于很早以前，其发热高和细分度不足在如今却是个不小的问题。由此，在下发掘了另外两款较新的IC，LV8731和AN44183。前者秉承了TB6560的低廉价格，但却在细分度上有了不少的提高。其发热量和封装尺寸都有了相当的减少，附带短路保护、异常状态输出端口。而且LV8731使用的是单电源供电，而TB6560还需外加逻辑电源。但是唯一不足的就是LV8731只有2.5A的峰值电流。而AN44183则在LV8731的基础上细分度更加高，并且拥有4A的峰值电流输出。虽然价格上稍微贵了一点，但考虑到以后能替代比42电机更加高级的电机（如，57步进电机）所需要的大电流，选择AN44183作为此次的驱动IC。以下为三者之间的参数对比：

	TB6560	LV8731	AN44183
输出电流(A)	额定1.5 峰值3.5	额定2 峰值2.5	额定2 峰值4
输出电压（V）	40	37	37
细分度	2/4/8	2/4/8/16	2/4/8/16/32/64
供电方式	双电源	单电源	单电源
其他功能	过温保护	1.过温保护 2.短路保护 3.异常状态输出	1.过流保护 2.欠压锁定 3.过温保护 4.异常状态输出 5.低功耗待机模式

一下附带各IC芯片资料，有需要可以自行下载。
TB6550AHQ：https://bbs.elecfans.com/forum.php?mod=attachment&aid=MjUyNzg5fGQ3MWIyYzBiMTUyOGE0MWY0NWE4YmE0OWZmMzJhMWMzfDE3MzUzNDk3NjU%3D&request=yes&_f=.pdf

LV8731：

LV8731英文手册.pdf (256.37 KB, 下载次数: 18 )

AN44183：

AN44183A_E.pdf (547.35 KB, 下载次数: 16 )

fkmin · 2015-5-10 22:54:45

有没有资料啊我也想做个熟悉一下陀螺仪

buddy218 · 2015-5-11 01:05:11

好好好好东西

李灿锋 · 2015-5-11 09:27:58

fkmin 发表于 2015-5-10 22:54
有没有资料啊我也想做个熟悉一下陀螺仪

后面会慢慢更新，陀螺仪的资料可以直接上网找，很多的。

李灿锋 · 2015-5-11 09:28:18

buddy218 发表于 2015-5-11 01:05
好好好好东西

谢谢，可以感兴趣可以继续关注。

数码小叶 · 2015-5-12 08:03:46

打算用直流电机，最近在看

李灿锋 · 2015-5-12 13:38:37

数码小叶发表于 2015-5-12 08:03
打算用直流电机，最近在看

虽然我这边用的是步进电机，但是步进电机和直流电机之间也有一些共性可以参考，或者论坛里面也有很多其他的大神是用直流电机来进行制作的。

黄贵彬 · 2015-5-12 17:56:06

陀螺仪呢？用哪款啊？LPY430还是 MPU-6050呢？

李灿锋 · 2015-5-13 14:03:16

huangguibin2011 发表于 2015-5-12 17:56
陀螺仪呢？用哪款啊？LPY430还是 MPU-6050呢？

初步计划用MPU-6050，LPY430没有接触过，请问比MPU-6050好么？

李灿锋 · 2015-5-14 23:13:00

因为最近不停有各种事要处理，所以更新就耽搁了，现在回归正题，该来一个浮夸一点的技能了（其实也还算是一般的）——电量检测与显示。考虑的出发点在于，我想采用的供电电源是航模电池，而我就想当然地就想能实时地知道它的电量状况，以至于我能在他没有电之前提前给它充个电，甚至可以在电源管理程序里作出相应的处理（转为待机、低功耗模式等等）。
楼主潜意识地习惯先度娘一番，可是发现都是充电宝的方案，就是采用阶段性（百分比）的低成本方案，与我预想实现的功能不相符，下面来一发论坛里面的大神的旧帖https://bbs.elecfans.com/forum.php?mod=viewthread&tid=183929&highlight=4S%2B%E7%94%B5%E6%B1%A0

鉴于上述的问题，我开始在各大国外IC厂商产品页面里面浏览（PS：不是我想选用国产的，但我真的不知道哪家有，而且感觉国内的售前售后真心比不上别人国外的大厂）。本人最喜欢TI的，无论是产品分类导向，还是技术支持工作（楼主曾跟TI的技术支持工程师Email了几个回合，获益不少）都很完善。虽说在电池电量检测这方面的IC已经有很多款，但是不是只是支持电池串联数太少就是成本太过于昂贵。在TI相关专业人员的推荐下，我得到了利用运放进行比例衰减COV电压，再用单节电池电量解决方案。下面附上我得到的相关资料：

typical approach for multicell design.pdf (58.14 KB, 下载次数: 64 )

在不满足如此复杂的电路设计的前提下，我继续寻找，终于找到一款能满足我要求的相对成本较低的IC——LTC2943。这款IC支持多锂电池串联电量测量（最大串联电压20V），自带I2C/SMBus接口，可以很方便地让我们读到数字量从而达到我们的设计需求。

在这里要科普一下，通常航模用的锂电池组最大充电电压是4.2V（即当单颗达到这个电压，可以认为是已经满电了），而最低放电电压为2.75V（此值电量近似为0）。电池电压参考值为：2.75V约等于0%、3.56V约等于5%、3.70V约等于10%、3.75V约等于20%、3.85V约等于50%，但由于0~5%这个压差会变化很快，如果控制不够精确，很容易造成电池损坏（不可逆），估控制值应在5%~10%之间较为合适。（PS：控制程序留待程序篇汇总发出）

下面贴上LTC2943的datasheet：

LTC2943.pdf (228.65 KB, 下载次数: 15 )

黄贵彬 · 2015-5-16 12:47:20

540429224 发表于 2015-5-13 14:03
初步计划用MPU-6050，LPY430没有接触过，请问比MPU-6050好么？

LPY430这款陀螺仪，主要是用在像赛格威，骑客智能科技那样的越野型双轮车上，价格要贵多了，三四十块钱一片，MPU-6050现在用的多一些，便宜，稳定性也好，如果是自己用来玩的话，就用这颗吧，也才七块多一颗，如果是设计方案啊，工厂用的话，那么我就建议你选择MPU-6500要好多了

李灿锋 · 2015-5-16 20:02:57

huangguibin2011 发表于 2015-5-16 12:47
LPY430这款陀螺仪，主要是用在像赛格威，骑客智能科技那样的越野型双轮车上，价格要贵多了，三四十块钱一片，MPU-6050现在用的多一些，便宜，稳定性也好，如果是自己用来玩的话，就用这颗吧，也才七块多一颗，如果是设计方案啊，工厂用的话，那么我就建议你选择MPU-6500要好多了 ...

好的，谢谢你的建议。

plt123 · 2015-5-16 22:54:24

楼主有没有两轮差速机器人资料

黄贵彬 · 2015-5-19 16:19:31

540429224 发表于 2015-5-16 20:02
好的，谢谢你的建议。

有兴趣的话可以和我联系！QQ1815723796

江舟 · 2015-5-19 22:08:27

540429224 发表于 2015-5-9 11:17
在动力系统选择方面，目前主流应该分成两派，一派是以直流电机为动力，另一派则是以步进电机为动力源。在这次设计中，我果断地选择了步进电机。当然，不是一般的那种5V小步进电机，而是大的步进电机——42系列两相步进电机（某宝上报价为30~40大洋一个）。以下42系列步进电机的型号参数（市面上多数为4出线方式）：

当然， ...

mark，持续关注。
看看后续工作进行的顺利不