平衡自行车-实践篇
标签：DIY 机器人
nicekwell 发布于 2018-01-23 21:30
Step 1： 一、材料
表格上传不上来，看上面截图吧。
Step 2： 二、动力和转向部分
1、传动方式
如上图，我用的是皮带传送的方式，因为比较好实现。
2、电机选择
这个DIY是不考虑变速情况的，平衡的参数都是按照一个固定速度调的。
所以动力部分的作用就是提供一个恒定的速度，并且这个速度尽可能稳定，尽可能不受外部影响。
电机应选择扭力大一些、转速稳定的减速电机。
所以动力部分的作用就是提供一个恒定的速度，并且这个速度尽可能稳定，尽可能不受外部影响。
电机应选择扭力大一些、转速稳定的减速电机。
3、电机供电
电机是直接供电还是使用升压模块供电要根据电机特性，有些电机用升压模块可以提高功率，有些大电流电机用升压模块反而可能限制了电流。
我这里用升压模块升到12v给N20电机供电的。
另外，电机通过三极管受stm32控制，通过控制占空比也可以限制电机输出的功率。
4、转向
转向部分用一个舵机带动把手转动即可。如上图2。
Step 3： 四、电路
在github工程里有详细的引脚连接表 https://github.com/nicekwell/balance_bike。
1、供电
用3.3v稳压芯片给整个控制系统供电，包括单片机、GY521模块、蓝牙模块。
用5v稳压芯片给舵机供电。
用12v升压模块给电机供电。
用5v稳压芯片给舵机供电。
用12v升压模块给电机供电。
2、下载
我是用串口给stm32下载程序的。
| PA9 | 下载TXD | |
| PA10 | 下载RXD |
3、GY521
这个模块通过i2c通信，只需要连接4根线，vcc、gnd、scl、sda。
4、电机
点击用12v升压模块供电，由于不需要反转，用三极管即可直接驱动，电路图上面图1。
加三极管的目的是为了可以通过调节PWM占空比来限制输出功率，但我的实际情况是100%输出时动力才勉强足够。所以如果你不需要限制电机输出功率，或者通过其他方式限制输出功率，也可以不要三极管，不通过单片机控制。
5、舵机
舵机是用5v供电的，而单片机是3.3v电平，对于pwm控制脚可以通过2个三极管实现同相的电平转换，如上图2。
6、蓝牙模块
下图是我使用的蓝牙串口模块，可以实现串口透传，只需要4根线连接：vcc、gnd、txd、rxd。
Step 4： 四、代码结构
代码提交在github https://github.com/nicekwell/balance_bike。
主要分为3个部分：1、基础的驱动程序，实现电机、舵机、gy521数据读取；2、平衡控制系统，核心是一个20ms定时器，每20ms进行一次数据采集、计算和响应；3、遥控和调试系统，实现log输出、接收遥控信息。
1、驱动
如上图1。
2、平衡控制
main函数会初始化一个定时器20ms中断一次，调用 main/balance.c 里的 balance_tick 函数，平衡算法在 main/balance.c 实现。
每20ms到来会执行一次：
- 读取传感器加速度和角速度信息。
- 互补平衡滤波计算当前姿态。
- 用PID算法计算出前轮转角。
3、遥控和调试
两部分：状态输出和指令接收。
状态输出
在main函数的while循环里，利用串口中断构建一个简单的界面显示状态。
指令接收
串口接收到的数据会传给main/control.c，该文件分析串口数据，解释成相应的操作。主要是PID参数调节。
Step 5： 五、广告
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