STM32自平衡小车
前言
平衡小车制作前前后后也半个多月了,在这段时间里真的很难熬,几经想要放弃,但是还好,最后完成了,演示视频链接,代码链接放在了文章最后,希望大家多多支持
文章目录
- 前言
- 一、踩坑之路
- 1.固件库转hal库的无从下手
- 2.mpu6050
- 3.电机驱动选择
- 4.电源管理
- 5.PCB设计
- 二、模块选取
- 三、各个调试部分的主要代码
- 1.MPU6050
- 2.编码器电机
- 3.蓝牙通信
- 四、PID调参
- 1.直立环
- 比例系数KP的确定
- 微分系数KD的确定
- 2.速度环
- 比例系数KP的确定
- 积分系数KI的确定
- 3.转向环
- 比例系数KP的确定
- 微分系数KD的确定
- 五、引脚连接
- 1.初版PCB
- 总结
一、踩坑之路
1.固件库转hal库的无从下手
刚接触hal库看似很简单,其实有很多问题,因为配置问题,我曾把stm32f103c8t6芯片给锁住了,还以为芯片坏了,最后找到一些博客文章才解决完
2.mpu6050
初次使用这个模块,很陌生,在网上找到了很多文章,才开始敲代码,起初mpu6050无法初始化,程序卡死,后来程序只可以在主循环使用,不可以使用INT引脚外部中断精准定时,至今没有解决,最后使用定时器就10ms精准定时
3.电机驱动选择
开始使用TB6612电机驱动,但是不知道电路的哪里问题,导致芯片烧毁,现在都已经产生阴影了,后又选择a4950,PCB板子也是根据这个设计,但是因为使用a4950模块每个轮子PWM死区都不一样,不易调PID,最后确定L298N为电机驱动模块
4.电源管理
设计PCB时使用的a4950考虑到5V输入,就适用了12-5v降压模块,后又考虑stm32供电为3.3v电压,无奈在PCB又加了一个5-3.3V降压模块
5.PCB设计
没有考虑到OLED的位置,a4950的引脚方向是相反方向,mpu6050的位置没有固定容易松动,影响角度,好的一点是,我把没有用到的引脚引了出来,给我后来改变方案带来了极大的便利。
二、模块选取
1.带编码器的减速电机及周边相关
2.主控芯片STMF103C8T6
3.IIC接口OLED
4.MPU6050–姿态传感器
5.HC05蓝牙模块
6.12转5V,5转3.3V降压模块
7.ADC电源模块
8.12V电源
三、各个调试部分的主要代码
1.MPU6050
初始化
MX_GPIO_Init();MX_USART2_UART_Init();MX_TIM3_Init(); printf("init=%d\r\n",mpu_dmp_init());while(mpu_dmp_init()); //dmp初始化printf("OK!\r\n");HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);//每10ms触发一次中断
定时器中断测试
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{if(htim->Instance==TIM3)//进入中断{mpu_dmp_get_data(&OutMpu.pitch, &OutMpu.roll, &OutMpu.yaw);MPU_Get_Accelerometer(&OutMpu.aacx,&OutMpu.aacy, &OutMpu.aacz); //加速度传感器数据MPU_Get_Gyroscope(&OutMpu.gyrox, &OutMpu.gyroy, &OutMpu.gyroz); //得到陀螺仪数据OutMpu.temp=MPU_Get_Temperature(); //得到温度信息}
}
2.编码器电机
初始化
void TIM_Init(void)
{//定时器1 PWW//2 编码器//3 中段//4 编码器BHAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1);//PWM 10kZ 7199HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_2); HAL_TIM_Encoder_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_1);//编码器 HAL_TIM_Encoder_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_2);HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);//每10ms触发一次中断 HAL_TIM_Encoder_Start(&htim4,TIM_CHANNEL_1);HAL_TIM_Encoder_Start(&htim4,TIM_CHANNEL_2); }//死区4230;
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{if(htim->Instance ==TIM3){Rcnt = Read_Speed(2);//右轮Lcnt = -Read_Speed(4);if(dir == 1)PWM++;else PWM--;Set_Pwm(PWM,PWM);//zuo you}
}
3.蓝牙通信
中断接收
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{if(huart->Instance==USART2){abc=HAL_UART_Receive_IT(&huart2,UART_Receive_buffer, 1);if(UART_Receive_buffer[0]=='A'){printf("\r\nYou send data : %d\n",UART_Receive_buffer[0]);}else printf("\r\ntest");HAL_UART_Transmit(&huart2,UART_Receive_buffer,1,0xffff);}
}
四、PID调参
1.直立环
比例系数KP的确定
- 使微分系数KD参数置零
- 随便选则一个数,判断电机旋转极性,确定小车向前倾,车轮向前转
- 计算电机PWM驱动死区,例如我的小车死区是4000,PWM最大值为7200,假设俯仰角为10度,则(7200-4000)/10=320,那么我的KP范围为0-320
- 取中间值KP,调整参数,直到小车可以平衡一段时间,此时Kp就确定了
微分系数KD的确定
- 同样的方法,使比例系数KP参数置零
- 判断极性
- 计算KD范围
- 调参,使小车可以平衡一段时间
最后KP,KD同时控制PWM,参数*0.6,就是最后的KP,KD
2.速度环
比例系数KP的确定
- 极性的确定,关闭直立环的影响,随意设定一个KP值,KI等于KP/200,转动一个轮子,另一个轮子 也向同一方向转动,极性正确
- 计算KP范围KP=(7200-4000)/(160*40%)=50,及KP范围(0-50)
- 取中间值,打开直立环的作用,根据小车状态改变参数
积分系数KI的确定
1.KI等于KP/200
3.转向环
比例系数KP的确定
1.根据死区计算的PWM上升空间最大值为3200,那么两个轮子及各为1600的转向PWM空间
2.根据目标角度,偏转角度,Turn=-Turn_TargetPID.Turn_KP-gyroPID.Turn_KD;即可算的范围
微分系数KD的确定
1.Kd = Kp/100;
五、引脚连接
1.初版PCB
电机驱动模块最终修改为了L298N。
总结
平衡小车的制作,前期是真的很难熬的,一旦你坚持完成了,你会发现原来好像也没什么,非常感谢CSDN开源博主的资源,实验室学长的支持,B站资源,代码整理后会开源放在这里,希望对大家有所帮助,也希望大家可以帮助更多的人。
百度网盘代码
链接:https://pan.baidu.com/s/11l6evi1tm7rRGBleDvpYqw
提取码:nwei
csdn资源内容和网盘一模一样的
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