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

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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B
	HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1);//PWM 10kZ 7199
    HAL_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

1. 使微分系数KD参数置零
2. 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
3. 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
4. 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

1. 同样的方法，使比例系数KP参数置零
2. 判断极性
3. 计算KD范围
4. 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

1. 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
2. 计算KP范围KP=(7200-4000)/(160*40%)=50,及KP范围(0-50)
3. 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。
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