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標題: [開源造車]51單片機兩輪自平衡小車原理圖設計簡介 [打印本頁]

作者: 喵大 時間: 2015-11-3 22:12
標題: [開源造車]51單片機兩輪自平衡小車原理圖設計簡介
本帖最后由喵大于 2015-11-4 11:15 編輯

往后，喵嗚實驗室成員會陸續在壇子里和大伙分享關于設計51單片機兩輪自平衡小車硬件和軟件的設計心得和經驗。

那么，今天我們就來看看喵嗚實驗室兩輪自平衡小車的硬件組成吧。

喵嗚實驗室兩輪自平衡小車硬件組成:

主控：(STC)IAP15W4K61S4（增強型51單片機，和STC89C51一樣簡單易用）
姿態傳感器：MPU6050（3軸加速度+3軸角速度）
無線通信協議：藍牙2.1/藍牙4.0雙模透傳（預留NRF24L01+接口)
有線通信協議：CP2102（USB轉串口）
電機驅動：MC33186
外部接口: Mirco-USB接口
電機：GB37減速電機（DC12V，減速比30，轉速365RPM）
車輪：65mm
電池：1300mAh 25c鋰電池

單片機最小系統

單片機選擇宏晶公司IAP15W4K61S4，它體積小（ LQFP48），工作電壓寬（2.5V-5.5V ），具有豐富的外設模塊，非常適合控制車模運行。

它的主要外設包括：

PWM ：6路15位硬件PWM+2路CCP的16位；
UART：4組；
ADC：8路10位高速ADC；
定時器：共7個定時器，5個16位可重裝載定時器/計數器,2路CCP還可再實現2個定時器；
IO口：最多提供62個GPIO；

此外，IAP15W4K61S4內部還集成了時鐘電路、內部高可靠復位電路以及看門狗電路等。

內部存儲器資源包括： 61k程序Flash， 4kSRAM。

該單片機的內部資源

IAP15W4K61S4內部結構框圖

由于該單片機內已經包含了時鐘和復位電路，所以單片機的最小系統電路非常簡潔。如圖所示。

系統電源

喵嗚ISO采用的是航模鋰電池，電池組充滿電壓為12.6V。而系統部分芯片需要5V供電，部分芯片需要3.3V供電，所以需要電源轉換電路。喵嗚ISO采用的是芯片LM2596-5.0和ASM1117-3.3，電路如下：

姿態傳感器

喵嗚ISO采用的是最常用的MPU6050陀螺儀加速度計一體芯片，成本不超過20元，對兩輪自平衡小車來說，它的精度和性能綽綽有余了，MPU6050在這個價位里面幾乎是占有絕對的性價比優勢。首先，它將陀螺儀和加速計整合在一個片上，通過IIC總線給出六個維度的ADC值；其次，芯片本身提供一個“從”IIC接口，供用戶接第三方的IIC器件，一般選擇是接一個電子羅盤，如HMC5883L，構成一個9軸的輸出的姿態模組，現在MPU9150已經喪心病狂的把電子羅盤功能也整合在片上了，但是要買60+元；最后，這顆芯片內部集成了一個DMP（Digital Motion Processor）處理器，這是最讓我愛不釋手夜不能寐的一個功能，直接硬件解算四元數，從某種程度上說解放了20%的主控資源。

電機驅動電路

由于車模具有兩個后輪驅動電機，因此需要兩組電機驅動橋電路。喵嗚ISO選用兩片飛思卡爾公司專用電機驅動芯片 MC33186 組成了電機驅動電路。

因此每一路電機為了能夠實現正反轉，都需要兩個PWM信號。兩個電機總共需要4路PWM信號。

USB-Serial協議轉換

因為考慮到不是每個同學手上都有USB-TTL下載模塊的，而且市面上的USB-TTL模塊質量參差不齊,質量差的還會導致電腦藍屏，于是，Openmiaow板載USB-TTL下載電路，通過一根安卓手機標配的MicroUSB線，就可以輕易簡單地對喵嗚ISO進行固件更新和調試參數。如此簡單的操作步驟，想來隨便從大街拉一個路人過來應該都可以完成。

藍牙透傳模塊

為了讓喵嗚ISO能跟上智能機泛濫的步伐，同時也是為了增加它的適應性和降低成本的考慮，我們在原來的基礎上增加了藍牙透傳模塊，硬件焊盤上兼容藍牙2.1和藍牙4.0 BLE技術。就是說，同樣一個喵嗚ISO的裸PCB板，可以選擇焊接藍牙2.1和藍牙BLE的模塊。

藍牙協議是很復雜的，要想去接觸并試圖一步一步的寫出來，在我現有的時間下，幾乎不太可能了。而將藍牙透明傳輸成串口，這就很好的將喵嗚ISO與安卓設備對接了，可以直接在安卓設備上面開發遙控app或者上位機。這想想也有點小激動呢，于是，我們真的這么干了，也成功了。

喵嗚ISO的主要硬件介紹到這里就告一段落了，筆者剛結束學生時代，工程經驗十分有限，硬件設計過程中肯定許多有不足和漏洞，希望廣大讀者指正，我們一定會積極接受意見并作出修訂，希望把喵嗚ISO做得更加完善，更加穩定，給這片土地上的廣大愛好者提供豐富的資料和開發經驗。

作者: 騰飛的龍 時間: 2015-11-6 13:41
好貼，強頂，希望繼續！

作者: happinessxiao 時間: 2015-12-21 14:03
PCB文件可否公開？

作者: 八只腳 時間: 2016-3-5 22:10

happinessxiao 發表于 2015-12-21 14:03
PCB文件可否公開？

pcb文件什么的不是都是自己在草稿紙上畫出來，自己連的嗎，做出來一個用手機藍牙控制的平衡小車，算上零部件和郵費大概花了180塊

作者: zhanghaoda 時間: 2016-4-4 09:59
怎么看不到圖片呢？我想做一個這樣的小車，在哪買零件？能把原理圖發我一份嗎？４３１４１８２０＠qq.com

作者: 喵大 時間: 2016-4-5 20:42

zhanghaoda 發表于 2016-4-4 09:59
怎么看不到圖片呢？我想做一個這樣的小車，在哪買零件？能把原理圖發我一份嗎？４３１４１８２０＠q ...

祥見喵嗚實驗室官網miaowlabs.com

作者: 18867712671 時間: 2018-8-20 12:05
你好可以看下基本原理么

歡迎光臨 (http://m.zg4o1577.cn/bbs/)

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