STM32平衡車程序+原理圖（步進(jìn)電機(jī)）

ID:591632 · 發(fā)表于 2020-8-19 10:43

自平衡車主控為STM32f103r

平衡車硬件總體設(shè)計(jì)，平衡車以STM32為主控芯片，通過(guò)處理從各個(gè)傳感器返回的數(shù)據(jù)使小車達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡以及遙控的實(shí)現(xiàn)。

平衡車的軟件結(jié)構(gòu)分為四大部分，各個(gè)部分之間相互關(guān)聯(lián)。軟件總體結(jié)構(gòu)：OLED顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、按鍵調(diào)試各項(xiàng)參數(shù)部分；串口和超聲波部分解析有關(guān)指令部分；PID控制器輸出控制部分。在串口和超聲波部分獲取控制指令后，傳輸給PID控制器，最終由PID計(jì)算控制器輸出相應(yīng)PWM值控制電機(jī)，以保持平衡車的平衡。主控芯片在接收MPU6050傳感器返回的角度值與角加速度值后，對(duì)返回?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行一階互補(bǔ)濾波處理。一階互補(bǔ)濾波算法將角度數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，降低MPU6050傳感器的噪聲信號(hào)的影響，從而得到準(zhǔn)確的平衡車當(dāng)前姿態(tài)。STM32主控芯片通過(guò)直立的PD控制器得到較為準(zhǔn)確的PWM輸出控制數(shù)值，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使得小車實(shí)現(xiàn)基本平衡。為了減小小車的左右偏移幅度，將MPU6050返回的Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)量輸出到轉(zhuǎn)向PD控制器進(jìn)行計(jì)算，再將轉(zhuǎn)向PWM增量值與直立PWM增量進(jìn)行疊加輸出，得到較為準(zhǔn)確的PWM控制值，從而使小車保持直立狀態(tài)。在Android手機(jī)上安裝一個(gè)第三方藍(lán)牙遙控APP，由APP發(fā)出的相應(yīng)控制指令。系統(tǒng)通過(guò)藍(lán)牙模塊接收控制指令，再由串口中斷接收藍(lán)牙模塊控制數(shù)據(jù)，之后系統(tǒng)進(jìn)行控制指令的解析得到控制輸出值，控制小車前后左右的行駛動(dòng)作。在實(shí)際的測(cè)試過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)藍(lán)牙的有效控制距離為8米左右，并且手機(jī)與藍(lán)牙模塊的容易被各種因素干擾，使小車在控制距離較遠(yuǎn)的位置失去控制。建議大家使用NRF或其它控制信號(hào)較遠(yuǎn)的模塊進(jìn)行通訊，從而實(shí)現(xiàn)相對(duì)較遠(yuǎn)的距離控制。

單片機(jī)源程序如下:

/******************** (C) COPYRIGHT 2014 POWSOS Team **************************
* 文件名：main.c
* 描述 :
* 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)：STM32F103RBT6
* 庫(kù)版本：ST3.5.0
* 作者 : Powsos_Team
* 版本：V2.0
* 日期：2014.8.23
* 修訂歷史：V2.0
******************************************************************************/
#include "stm32f10x.h"
#include "iic.h"
#include "timer.h"
#include "usart.h"
#include "mpu6050.h"
#include "filter.h"
#include "calculate.h"
#include "gpio.h"
#include "time_test.h"
#include "hc_sr04.h"
#include "delay.h"
#include <stdio.h>
#include <math.h>
//#define Debug
#define GX_OFFSET 0x01
#define AX_OFFSET 0x01
#define AY_OFFSET 0x01
#define AZ_OFFSET 0x01
#define duoji_offset 120
extern u8 duoji_flag;
extern u8 duoji_cnt;
extern u16 time;
extern u8 duoji_pwm;
u8 hcsr04_test_flag = 0;
u8 receive_data;
u8 flg_get_senor_data;
u8 out[35] ={0x5f, 0x60, 0};
u8 Duoji_direction = 1; /*1,前方,2:左邊 3:右邊,舵機(jī)*/
u8 Move_direcetion = 1; /*1靜止 2,前方, 3,后退 4:左邊 5:右邊小車運(yùn)行方向*/
u16 distance =0 ;
int pulsewidth;
float angle, angle_dot, f_angle, f_angle_dot;
s16 temp;
s16 gx, gy, gz, ax ,ay, az, temperature;
#define FILTER_COUNT 16
s16 gx_buf[FILTER_COUNT], ax_buf[FILTER_COUNT], ay_buf[FILTER_COUNT],az_buf[FILTER_COUNT];
/******************************************************************************/
void delay(u32 count)
{
for(; count != 0; count--);
}
/*************************************************
名稱：void acc_filter(void)
功能：加速度計(jì)數(shù)據(jù)濾波
輸入?yún)?shù)：據(jù)濾波后的數(shù)據(jù)
輸出參數(shù)：無(wú)
返回值：無(wú)
**************************************************/
void acc_filter(void)
{
u8 i;
s32 ax_sum = 0, ay_sum = 0, az_sum = 0;
for(i = 1 ; i < FILTER_COUNT; i++)
{
ax_buf[i - 1] = ax_buf[i];
ay_buf[i - 1] = ay_buf[i];
az_buf[i - 1] = az_buf[i];
}
ax_buf[FILTER_COUNT - 1] = ax;
ay_buf[FILTER_COUNT - 1] = ay;
az_buf[FILTER_COUNT - 1] = az;
for(i = 0 ; i < FILTER_COUNT; i++)
{
ax_sum += ax_buf[i];
ay_sum += ay_buf[i];
az_sum += az_buf[i];
}
ax = (s16)(ax_sum / FILTER_COUNT);
ay = (s16)(ay_sum / FILTER_COUNT);
az = (s16)(az_sum / FILTER_COUNT);
}
/* I/O口模擬輸出PWM控制舵機(jī),50hz */
void servopulse(int myangle)//定義一個(gè)脈沖函數(shù)
{
// EA = 0;
// pulsewidth = (((myangle+duoji_offset)*25)+500)/1000;;// 舵機(jī)中心值可能會(huì)偏，修改20,做調(diào)整
pulsewidth =myangle;
}
/*****************************************************************************/
int main(void)
{
SystemInit();
delay_init(72);
gpio_init();
delay(0x80000);
usart_init();
iic_init();
timer_init();
TIM1_Configuration();
HCSR04_Init();
motor_init();
mpu6050_init();
STOP_TIME;
duoji_flag =1;
duoji_cnt = 0;
servopulse(3);/*上電將舵機(jī)放至中間*/
while (1)
{
if(flg_get_senor_data)
{
flg_get_senor_data = 0;
mpu6050_get_data(&gx, &gy, &gz, &ax, &ay , &az, &temperature);
acc_filter();
gx-= GX_OFFSET;
ax -= AX_OFFSET;
ay -= AY_OFFSET;
az -= AZ_OFFSET;
angle_dot = gx * GYRO_SCALE; //+-2000 0.060975 °/LSB //陀螺儀
angle = atan(ay / sqrt(ax * ax + az * az ));
angle = angle * 57.295780; //180/pi
kalman_filter(angle, angle_dot, &f_angle, &f_angle_dot);// 加速度計(jì)計(jì)算的角度, 陀螺儀角速度 , 融合后的角度, 融合后的角速度
receive_parameter(receive_data);
pid(f_angle, f_angle_dot);
#ifdef Debug
temp = (s16)(f_angle * 100);
out[2] = (u8)(gx >> 8);
out[3] = (u8)(gx);
out[4] = (u8)(gy >> 8);
out[5] = (u8)(gy);
out[6] = (u8)(gz >> 8);
out[7] = (u8)(gz);
out[8] = (u8)(ax >> 8);
out[9] = (u8)(ax);
out[10] = (u8)(ay >> 8);
out[11] = (u8)(ay);
out[12] = (u8)(az >> 8);
out[13] = (u8)(az);
out[14] = (u8)(temp >> 8);
out[15] = (u8)(temp);
USART_SendStringData(USART1,&out[0],16);
#endif
} //end if
if(hcsr04_test_flag)
{
hcsr04_test_flag=0;
measure_distance(receive_data);
switch(Duoji_direction)
{
case Duoji_Front: USART_printf(USART2,"Front_distance: %d cm\r\n",distance);break;
case Duoji_Left: USART_printf(USART2,"Left_distance: %d cm\r\n",distance);break;
case Duoji_Right: USART_printf(USART2,"Right_distance: %d cm\r\n",distance);break;
}
}
#if 0
/*若前方距離小于100,并且小車行駛方向是往前的，此時(shí)小車需要停止*/
if((distance<50)&&(Move_direcetion==Move_front))
{
receive_data ='s';
}
#endif
}
}
/*****************END OF FILE************************************************************/

復(fù)制代碼

下載:

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