CN110673621A - 一种两轮自平衡小车控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种两轮自平衡小车控制系统，包括STM32最小系统板、姿态检测模块、蓝牙模块、手机、SWD接口、电脑、USB接口、左霍尔编码器和右霍尔编码器，所述STM32最小系统板的电源输入端与5V电源稳压模块的输出端通过导线相连接，所述STM32最小系统板的输出端口与显示屏和电机驱动模块通过数据线相连接，所述电机驱动模块通过导线与5V电源稳压模块和12V航模电池相连接，所述电机驱动模块与左电机、右电机通过杜邦线连接，所述STM32最小系统板通过蓝牙模块与手机连接，所述STM32最小系统板通过SWD接口、USB接口与电脑连接。该两轮自平衡小车控制系统可查看实时数据，调试方便，人机交互方便，电路设计简单，成本低，小车能够平稳运行。
Description
技术领域
本发明涉及平衡小车技术领域，具体为一种两轮自平衡小车控制系统。
背景技术
随着社会的发展，交通工具出现多样化发展趋势，随着能源、环境等问题的出现，体积小，节能的两轮自平衡小车受到人们的欢迎。除此之外，两轮自平衡小车因其结构简单、转向灵活等特点，能在狭窄空间中行驶，以及在特殊环境下执行特殊任务，对变化的地形适应性强，引起新一轮研究热潮和广泛的应用开发。两轮自平衡小车作为控制系统的经典模型，是验证控制理论和力学理论的理想实验平台，为科学理论的实验研究起到了硬件平台的作用，有着巨大的研究价值。
但是现有的两轮自平衡车控制系统查看实时数据较难，人机交互端口较少，电路复杂，成本高，鉴于以上现有技术中存在的缺陷，有必要将其进一步改进，使其更具备实用性，才能符合实际使用情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种两轮自平衡小车控制系统，以解决上述背景技术中提出的系统查看实时数据较难，人机交互端口较少，电路设计复杂，成本较高的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种两轮自平衡小车控制系统，包括STM32最小系统板、姿态检测模块、蓝牙模块、手机、SWD接口、电脑、USB接口、左霍尔编码器和右霍尔编码器，所述STM32最小系统板的电源输入端与5V电源稳压模块的输出端通过导线相连接，所述5V电源稳压模块的输入端与12V航模电池的输出端通过导线相连接，所述姿态检测模块、左霍尔编码器和右霍尔编码器的输出端口通过数据线与STM32最小系统板数据输入端口相连接，所述STM32最小系统板的输出端口与显示屏和电机驱动模块通过数据线相连接，所述电机驱动模块通过导线与5V电源稳压模块和12V航模电池相连接，所述电机驱动模块与左电机、右电机通过杜邦线连接，所述STM32最小系统板通过蓝牙模块与手机连接，所述STM32最小系统板通过SWD接口、USB接口与电脑连接。
优选的，所述STM32最小系统板1包括STM32F103C8T6芯片101、时钟电路102、复位电路103、5V转3.3V电路104、USB转换TTL电路105和SWD接口电路106，所述STM32F103C8T6芯片101时钟电路102、复位电路103、5V转3.3V电路104、USB转换TTL电路105和SWD接口电路106之间通过PCB集成电路板连接。
优选的，所述STM32最小系统板与显示屏采用SPI通信协议，所述STM32最小系统板与蓝牙模块采用异步串行通信方式。
优选的，所述姿态检测模块集成了5V转3.3V电路、3轴MEMS加速度计、3轴MEMS陀螺仪和扩展数字运动处理器DMP。
优选的，所述电机驱动模块所用芯片型号为TB6612FNG。
优选的，所述左霍尔编码器、右霍尔编码器包括霍尔码盘和霍尔元件。
优选的，所述左霍尔编码器、右霍尔编码器中霍尔码盘通过过盈配合固定安装于左电机、右电机转轴尾部，霍尔元件固定安装于电机尾部。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、该两轮自平衡小车控制系统采用STM32系列芯片，该芯片功能强大，硬件具有内部定时器，具有直接输出PWM波端口，有IIC、SPI通信接口以及多个I/O口等，相比51系列单片机集成度较高，整车电路设计较为简单；
2、该两轮自平衡小车控制系统具有显示屏、蓝牙模块、SWD接口，USB接口，人机交互端口较多，能及时观察和控制小车；
3、该种两轮自平衡小车控制系统，采用了4个人机交互模块，其中SWD接口可通过J-LINK在线仿真器连接电脑Keil软件查看小车内部各个参数实时情况，USB接口可通过数据线直接与电脑端上位机连接查看参数变化曲线，从而判断小车运行是否稳定，使数据查看更简单，调试更方便，通过蓝牙，可无线控制小车运行。
附图说明
图1为本发明的整体原理框图；
图2为本发明的最小系统板结构示意图；
图3为本发明的姿态检测模块结构示意图。
图中：1、STM32最小系统板；101、STM32F103C8T6芯片；102、时钟电路；103、复位电路；104、5V转3.3V电路；105、USB转换TTL电路；106、SWD接口电路；2、5V电源稳压模块；3、12V航模电池；4、姿态检测模块；401、5V转3.3V电路；402、3轴MEMS加速度计；403、3轴MEMS陀螺仪；404、扩展数字运动处理器DMP；5、显示屏；6、蓝牙模块；7、手机；8、SWD接口；9、电脑；10、USB接口；11、电机驱动模块；12、左霍尔编码器；13、左电机；14、右电机；15、右霍尔编码器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种两轮自平衡小车控制系统，包括STM32最小系统板1、5V电源稳压模块2、12V航模电池3、姿态检测模块4、显示屏5、蓝牙模块6、手机7、SWD接口8、电脑9、USB接口10、电机驱动模块11、左霍尔编码器12、左电机13、右电机14和右霍尔编码器15，所述STM32最小系统板1的电源输入端与5V电源稳压模块2的输出端通过导线相连接，所述5V电源稳压模块2所用芯片为LM2956T，所述5V电源稳压模块2的输入端与12V航模电池3的输出端通过导线相连接，所述姿态检测模块4、左霍尔编码器12和右霍尔编码器15的输出端口通过数据线与STM32最小系统板1数据输入端口相连接，所述STM32最小系统板1的输出端口与显示屏5和电机驱动模块11通过数据线相连接，所述显示屏5为OLED显示屏，所述电机驱动模块11通过导线与5V电源稳压模块2和12V航模电池3相连接，所述电机驱动模块11与左电机13、右电机14通过杜邦线连接，所述STM32最小系统板1通过蓝牙模块6与手机7连接，所述STM32最小系统板1通过SWD接口8、USB接口10与电脑9连接，所述SWD接口8通过J-LINK在线仿真器与电脑9连接。
进一步的，所述STM32最小系统板1包括STM32F103C8T6芯片101、时钟电路102、复位电路103、5V转3.3V电路104、USB转换TTL电路105和SWD接口电路106，所述STM32F103C8T6芯片101时钟电路102、复位电路103、5V转3.3V电路104、USB转换TTL电路105和SWD接口电路106之间通过PCB集成电路板连接。
进一步的，所述STM32最小系统板1与显示屏5采用SPI通信协议，所述STM32最小系统板1与蓝牙模块6采用异步串行通信方式。
进一步的，所述姿态检测模块4集成了5V转3.3V电路401、3轴MEMS加速度计402、3轴MEMS陀螺仪403和扩展数字运动处理器DMP404。
进一步的，所述电机驱动模块11所用芯片型号为TB6612FNG。
进一步的，所述左霍尔编码器12、右霍尔编码器15包括霍尔码盘和霍尔元件。
进一步的，所述左霍尔编码器12、右霍尔编码器15中霍尔码盘通过过盈配合固定安装于左电机13、右电机14转轴尾部，霍尔元件固定安装于电机尾部。
本实施例的工作原理：该两轮自平衡小车控制系统，首先，姿态检测模块读取角度信息后进行计算得到小车姿态信息，通过IIC总线传输给STM32最小系统板1，STM32最小系统板1通过滤波融合算法计算生成一个比较稳定的倾角；左右霍尔编码器12检测当前速度信息后反馈给STM32最小系统板1，通过算法与蓝牙模块6输入的目标运动速度对比计算出偏差后，运用PID控制器分别计算融合后的角度信息和速度偏差信息得出小车电机的正反转信号和左右轮的PWM占空比，通过STM32最小系统板1PWM波输出接口将信号传给电机驱动模块11，以此来驱动小车能够一直处于平衡状态而且保证左右轮能按要求正确转动，其中，显示屏5可以查看小车运行时角度和速度情况，SWD接口8和USB接口10是在小车调试时实时查看小车参数是否合适，运行是否稳定，这就是该装置的工作原理。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种两轮自平衡小车控制系统，包括STM32最小系统板(1)、姿态检测模块(4)、蓝牙模块(6)、手机(7)、SWD接口(8)、电脑(9)、USB接口(10)、左霍尔编码器(12)和右霍尔编码器(15)，其特征在于：所述STM32最小系统板(1)的电源输入端与5V电源稳压模块(2)的输出端通过导线相连接，所述5V电源稳压模块(2)的输入端与12V航模电池(3)的输出端通过导线相连接，所述姿态检测模块(4)、左霍尔编码器(12)和右霍尔编码器(15)的输出端口通过数据线与STM32最小系统板(1)数据输入端口相连接，所述STM32最小系统板(1)的输出端口与显示屏(5)和电机驱动模块(11)通过数据线相连接，所述电机驱动模块(11)通过导线与5V电源稳压模块(2)和12V航模电池(3)相连接，所述电机驱动模块(11)与左电机(13)、右电机(14)通过杜邦线连接，所述STM32最小系统板(1)通过蓝牙模块(6)与手机(7)连接，所述STM32最小系统板(1)通过SWD接口(8)、USB接口(10)与电脑(9)连接。
2.根据权利要求1所述的一种两轮自平衡小车控制系统，其特征在于：所述STM32最小系统板(1)包括STM32F103C8T6芯片(101)、时钟电路(102)、复位电路(103)、5V转3.3V电路(104)、USB转换TTL电路(105)和SWD接口电路(106)，所述STM32F103C8T6芯片(101)与时钟电路(102)、复位电路(103)、5V转3.3V电路(104)、USB转换TTL电路(105)和SWD接口电路(106)之间通过PCB集成电路板连接。
3.根据权利要求1所述的一种两轮自平衡小车控制系统，其特征在于：所述STM32最小系统板(1)与显示屏(5)采用SPI通信协议，所述STM32最小系统板(1)与蓝牙模块(6)采用异步串行通信方式。
4.根据权利要求1所述的一种两轮自平衡小车控制系统，其特征在于：所述姿态检测模块(4)集成了5V转3.3V电路(401)、3轴MEMS加速度计(402)、3轴MEMS陀螺仪(403)和扩展数字运动处理器DMP(404)。
5.根据权利要求1所述的一种两轮自平衡小车控制系统，其特征在于：所述电机驱动模块(11)所用芯片型号为TB6612FNG。
6.根据权利要求1所述的一种两轮自平衡小车控制系统，其特征在于：所述左霍尔编码器(12)、右霍尔编码器(15)包括霍尔码盘和霍尔元件。
7.根据权利要求1所述的一种两轮自平衡小车控制系统，其特征在于：所述左霍尔编码器(12)、右霍尔编码器(15)中霍尔码盘通过过盈配合固定安装于左电机(13)、右电机(14)转轴尾部，霍尔元件固定安装于电机尾部。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112083677A (zh) * | 2020-09-28 | 2020-12-15 | 温州大学 | 基于微功耗处理器的送扣机控制系统 |
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2019
- 2019-10-24 CN CN201911018688.5A patent/CN110673621A/zh active Pending
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